INTERACÇÕES DO CLORODIAZEPÓXIDO EM MEIOS … · O trabalho descrito nesta dissertação teve...
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Alice Maria Santos Oliveira INTERACÇÕES DO CLORODIAZEPÓXIDO EM MEIOS MICELARES Avaliação das propriedades ácido/base e de solubilidade Departamento de Química Faculdade de Ciências da Universidade do Porto Outubro/1999
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Alice Maria Santos Oliveira
INTERACÇÕES DO CLORODIAZEPÓXIDO EM MEIOS MICELARES
Avaliação das propriedades ácido/base e de solubilidade
Departamento de Química Faculdade de Ciências da Universidade do Porto
Outubro/1999
Alice Maria Santos Oliveira
INTERACÇÕES DO CLORODIAZEPÓXIDO EM MEIOS MICELARES
Avaliação das propriedades ácido/base e de solubilidade
Tese submetida à Faculdade de Ciências da Universidade do Porto
para a obtenção do grau de Mestre em Química
Departamento de Química Faculdade de Ciências da Universidade do Porto
Outubro/1999
INTERACÇÕES DO CLORODIAZEPÓXIDO EM MEIOS MICELARES
Avaliação das propriedades ácido/base e de solubilidade
AGRADECIMENTOS
Ao Departamento de Química da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto por me ter
aceite como aluna de Mestrado.
À Doutora Paula Gameiro, a orientação deste trabalho.
Ao Professor Doutor Baltazar de Castro, o ter-me aceite no seu grupo de investigação.
A todas as pessoas que de alguma forma contribuíram para a realização deste trabalho.
Aos colegas do laboratório, em particular ao Alex, à Ana e à Cris, a amizade e camaradagem.
Aos meus Pais, as oportunidades que me proporcionaram ao longo da minha vida.
A minha família, em particular aos meus irmãos, o incentivo e o apoio sempre demonstrados.
Aos amigos.
RESUMO
O trabalho descrito nesta dissertação teve como objectivo o estudo das propriedades
ácido-base e de solubilidade de uma substância com acção terapêutica, a benzodiazepina
clorodiazepóxido (CLDZ), em diferentes meios micelares sintéticos.
As soluções aquosas micelares são muitas vezes usadas como sistemas modelo
simplificados de membranas biológicas, por serem constituídas por moléculas com
propriedades anfipáticas que mimetizam certos aspectos das biomembranas. Desta forma,
avaliar o efeito dos sistemas micelares nas propriedades físico-químicas do CLDZ torna-se
importante para esclarecer alguns parâmetros farmacocinéticos deste fármaco.
Os estudos foram efectuados por espectrofotometria de ultravioleta-visível em solução
aquosa e em soluções micelares do surfactante aniónico dodecilsulfato de sódio (SDS), do
surfactante neutro polietilenoglicol p-t-octil-fenol (Triton X-100) e do surfactante catiónico
brometo de hexadeciltrimetilamónio (CTAB).
Foram determinadas as constantes de acidez aparente do CLDZ, em soluções aquosas
dos três surfactantes mencionados, a 25°C e a uma força iónica de 0,1M em NaCl. O
tratamento matemático dos valores das constantes de acidez, foi realizado pela aplicação de
dois modelos, designadamente o modelo de Berezin e o PIE, que contemplam ou não a
existência de permuta iónica entre as espécies iónicas em solução e o contra-ião do
surfactante, para verificar qual deles melhor expressa a interacção do CLDZ em meio micelar.
Efectuaram-se estudos de solubilidade do CLDZ nos diferentes meios mencionados a
25°C e com ajuste de pH, dada a solubilidade desta substância ser dependente do pH do meio.
Estes estudos permitiram obter as constantes de ligação da benzodiazepina às micelas.
Finalmente efectuou-se ainda o estudo por espectrofotometria de ultravioleta-visível
de outra benzodiazepina utilizada como hipnótico, o diazepam (DZP), em soluções do
surfactante aniónico SDS. Neste estudo utilizou-se concentrações de surfactante acima e
abaixo da cmc, tendo-se determinado as constantes de acidez aparente do DZP em SDS.
ABSTRACT
The aim of this work was the study of the acid-base properties and solubility of the
benzodiazepine chlorodiazepoxide (CLDZ) in different micellar solutions.
Aqueous micelle solutions are often used as models for the more complex biological
membranes because they are composed of amphiphilic molecules that imitate certain aspects
of biomembranes. In this way evaluating the effect of micellar systems in physical and
chemical properties of CLDZ is important to clarify some farmacocinetic parameters of this
drug.
The studies were performed by UV-VIS spectrophotometry in aqueous solution and in
micellar solutions of the anionic surfactant sodium dodecyl sulphate (SDS), of the nonionic
surfactant polyethyleneglycol p-t-octylphenol (Triton X-100) and of the cationic surfactant
hexadeceyltrimethylammonium bromide (CTAB).
The acidity constants of CLDZ in micellar solutions of the three surfactants mentioned
above were determined at 25°C and with ionic strength equal to 0,1M in NaCL. The results
were mathematically processed, and two models were used to quantify the micellar effects in
equilibrium constants- Berezin and the PIE models. Their difference lies mainly in an
assumption used by the PIE model that the counterions of the ionic surfactants exchange with
other ionic species in solution.
The study of the solubility was performed in the different systems mentioned, at 25°C,
at the same ionic strength and with pH fixed. This study gave the binding constants of CLDZ
to the micelles.
Finally, one determined the acidity constants of another benzodiazepine, used as
hypnotic, diazepam (DZP), in SDS solutions. In this study there were used concentrations in
SDS under and above the cmc.
INDICE
Agradecimentos 2
Resumo 3
Abstract 4
índice 5
índice de figuras 8
índice de tabelas 11
Lista de abreviaturas e símbolos 13
Prefácio 15
Capítulo 1-Introdução Teórica 17
1.1 Benzodiazepinas 18
Aspectos gerais 18
Clorodiazepóxido e Diazepam 18
Estrutura e nomenclatura 19
Propriedades físico-químicas 20
Espectrofotometria de ultravioleta/visível 21
1.2 Substâncias tensioactivas 23
Aspectos gerais 23
Formação de micelas 24
Estrutura de micelas 27
Aplicações das micelas 30
1.3 Distribuição de fármacos entre as fases aquosa e micelar 31
Considerações gerais 31
Determinação das constantes de ligação 32
Localização das moléculas solubilizadas numa micela 34
Factores que influenciam a solubilização 35
1.4 Equilíbrio ácido/base em soluções micelares 38
Considerações gerais 38
Tratamento teórico da acidez em meio micelar 38
Efeito dos sistemas micelares nas constantes de ionização 42
6
1.5 Métodos espectrofotométricos para determinação de constantes de equilíbrio 44
Considerações gerais 44
Aquisição de dados 45
Capítulo 2- Metodologia 48
2.1 Reagentes 49
2.2 Soluções 50
2.3 Instrumentação utilizada 51
Medições de pH 51
Medições espectrais 51
2.4 Sistema automático de titulação 52
Titulação ácido forte/base forte 52
Constituição do sistema 52
Programa de controlo e aquisição de dados 53
2.5 Calibração do sistema 55
Condições experimentais 55
Método de Gr an 57
Detecção de carbonato 5 o
2.6 Métodos de cálculo utilizados 62
Programa SQUAD 62
Erros 67
Capitulo 3- Resultados e Discussão 68
3.1 Espectros do CLDZ em soluções aquosas de surfactantes nas formas
monomérica e micelar
Execução experimental 69
Zona espectral abrangida '"
Resultados obtidos e sua discussão ™
A) CLDZ em SDS 7 2
B) CLDZ em Triton X-100 7 3
C) CLDZ em CTAB 7 5
77 Conclusões
7
78 3.2 Constantes de acidez e absortividades molares do clorodiazepóxido em
sistemas micelares
Execução experimental 78
Resultados obtidos e sua discussão 79
A) Surfactante aniónico (SDS) 79
B) Surfactante neutro (Triton X-100) 82
C) Surfactante catiónico (CTAB) 86
Conclusões " * 3.3 Tratamento matemático das constantes de acidez do CLDZ em meio micelar 93
Resultados obtidos e sua discussão 93
A) Surfactante aniónico (SDS) "3
B) Surfactante neutro (Triton X-100) 9 6
C) Surfactante catiónico (CTAB) 97
Conclusões 3.4 Solubilidade do CLDZ em soluções aquosas e soluções micelares 102
102 Execução experimental 103 Resultados obtidos e sua discussão
A) CLDZ em água 1 0 4
B) CLDZ em SDS 1 0 4
C) CLDZ em Triton X-100 1 ° 5
D) CLDZ em CTAB 1 0 7
Conclusões
Capítulo 4- Considerações finais
Capitulo 5- Bibliografia
Apêndices
Apêndice 1-Propriedades farmacocinéticasc do CLDZ e do DZP
Apêndice2- Requisitos da IUPAC para a publicação de constantes de equilíbrio
Apêndice3- Estudo espectrofotométrico das propriedades ácido-base do diazepam
109
110
114
121
122
124
126
INDICE DE FIGURAS
Figura 1.1 Representação esquemática de 5-fenil-1,4-benzodiazepina-2-ona. 19
Figura 1.2 Representação das estruturas químicas das duas benzodiazepinas 20 utilizadas neste trabalho.
Figura 1.3 Estruturas dos surfactantes sintéticos SDS, Triton X-100 e CTAB. 23
Figura 1.4 Esquema da variação da tensão superficial (Y), da condutividade 24 molar (K) e da dispersão de luz (T) em função da concentração de surfactante. A linha a tracejado representa a cmc.
Figura 1.5 Alguns tipos de estruturas micelares: (a) esférica, (b) "disc-like", 29 (c) cilíndrica, (d) lamelar, (e) vesícula esférica. Os grupos hidrofílicos estão representados pelos círculos pretos.
Figura 1.6 Representação esquemática de uma micela iónica de SDS. 29
Figura 1.7 Esquema das possíveis localizações das moléculas solubilizadas. 34
Figura 1.8 Mecanismo de Winsor para aumentar a solubilidade de solutos 37
apoiares devido à adição de compostos polares.
Figura 2.1 Esquema do sistema automático de titulação. 53
Figura 2.2 Lista de opções de entrada do programa de controlo e aquisição 54 de dados.
Figura 2.3 Representação gráfica de A) E=f(V), B) dE/dV=f(V) e 60 C) d2E/dV2=f(V) de uma titulação de 20 ml de HC1 1,0 x 10"3M com NaOH isento de carbonato.
Figura 2.4 Representação gráfica de A) E=f(V), B) dE/dV=f(V) e 61 C) d2E/dV2=f(V) de uma titulação de 20 ml de HC1 1,0 x 10"3M com NaOH contendo carbonato.
Figura 2.5 _ Esquema geral do ficheiro de entrada do SQUAD. 64
Figura 2.6 Exemplo de um ficheiro de entrada utilizado neste trabalho. 65
Figura 2.7 Diagrama simplificado do SQUAD. 66
9
Figura 3.1.1 Espectros dos surfactantes sintéticos SDS, Triton X-100 e CTAB 71 0,01M.
Figura 3.1.2 Espectro do CLDZ em água (preto), em SDS acima da cmc 72 (vermelho) e em SDS abaixo da cmc (verde), a pH = 3.
Figura 3.1.3 Espectro do CLDZ em água (preto), em SDS acima da cmc 72 (vermelho) e em SDS abaixo da cmc (verde), a pH = 9.
Figura 3.1.4 Espectro do CLDZ em água (verde), em Triton X-100 abaixo da 74 cmc (vermelho) e em Triton X-100 acima da cmc (preto), a pH = 3.
Figura 3.1.5 Espectro do CLDZ em água (verde), em Triton x-100 abaixo da 74 cmc (vermelho) e em Triton X-100 (preto) acima da cmc, a pH = 9.
Figura 3.1.6 Espectro de CLDZ em solução aquosa e em soluções de CTAB 75 abaixo e acima da cmc, a pH=3.
Figura 3.1.7 Espectro de CLDZ em solução aquosa e em soluções de CTAB 76 abaixo e acima da cmc, a pH=9.
Figura 3.2.1 Espectro de várias soluções de CLDZ em SDS 3 x IO"3 M a 79 diferente pH.
Figura 3.2.2 Representação gráfica da variação de pKapp em função da 81 concentração de SDS.
Figura 3.2.3 Representação da absorvância em função do comprimento de 83 onda para soluções de CLDZ em Triton X-100 4 x 10~3M a diferente pH.
Figura 3.2.4 Representação da absorvância em função do comprimento de 83 onda para soluções de CLDZ em Triton X-100 7 x 10"3M a diferente pH.
Figura 3.2.5 Representação gráfica da relação linear obtida entre as 84 absorvâncias do CLDZ em Triton X-100 7 x 10"3M, para os comprimentos de onda 310 e 355 nm.
Figura 3.2.6 Curvas de titulação obtidas a 310 nm (A) e a 355 nm (B) para a 84 solução CLDZ em Triton X-100 1 x 10"3M.
Figura 3.2.7 Representação gráfica da variação de pKapp em função da 86 concentração de Triton X-100.
Figura 3.2.8 Representação da absorvância em função do comprimento de 87 onda para soluções de CLDZ em CTAB 0,01 M a diferente pH.
10
Figura 3.2.9 Representação da absorvância em função do comprimento de 87 onda para soluções de CLDZ em CTAB 0,04 M a diferente pH.
Figura 3.2.10 Representação gráfica da variação de pKapp em função da 89 concentração de CTAB.
Figura 3.2.11 Representação gráfica da relação linear obtida entre as 89 absorvâncias do CLDZ em CTAB 0,04 M, para os comprimentos de onda 245 e 310 nm.
Figura 3.2.12 Representação gráfica de A\=f (-log cH+) do clorodiazepóxido em 90
CTAB 4 x 10"3 M, para vários comprimentos de onda, mostrando uma inflexão perto do valor obtido para o pKapp.
Figura 3.3.1 Representação gráfica de Kapp = f(CD) para o sistema CLDZ em 95 SDS e o melhor ajuste obtido com o modelo de Berezin.
Figura 3.3.2 Representação gráfica de Kapp = f(CD) para o sistema CLDZ em 95 SDS e o melhor ajuste obtido com o modelo de PIE.
Figura 3.3.3 Representação gráfica de Kapp = f(CD) para o sistema CLDZ em 97 Triton X-100 e o melhor ajuste obtido pelo modelo de Berezin.
98
100
Figura 3.3.4 Representação gráfica de Kapp = f (CD) para o sistema CLDZ em CTAB e o melhor ajuste obtido pelo modelo de Berezin.
Figura 3.3.5 Representação gráfica de Kapp = f(CD) para o sistema CLDZ em CTAB e o melhor ajuste obtido pelo modelo de PEE.
Figura 3.4.1 Representação gráfica da variação da solubilidade do CLDZ em 105 função da concentração de SDS a pH=9.
Figura 3.4.2 Representação gráfica da variação da solubilidade do CLDZ em 106 função da concentração de Triton X-100 a pH=3 (quadrados) e a pH=9 (círculos).
Figura 3.4.3 Representação gráfica da variação da solubilidade do CLDZ em 108 função da concentração de CTAB a pH=3 (quadrados) e a pH=9 (círculos).
Figura C l DZP em água (preto), em SDS abaixo da cmc (vermelho) e em 127 SDS acima da cmc (verde), a pH=3.
Figura C.2 DZP em água (preto), em SDS abaixo da cmc (vermelho) e em 127 SDS acima da cmc (verde), a pH=9.
Figura C.3 Representação gráfica da variação do pKapp de DZP com a 129 concentração de SDS.
INDICE DE TABELAS
Tabela 1.1 Benzodiazepinas: Nomes genérico, comercial e químico.
Tabela 1.2 Valores de pKa em água para o CLDZ e DZP.
Tabela 1.3 Absortividades molares do CLDZ e DZP em água.
Tabela 1.4 Concentrações micelares críticas de SDS em soluções aquosas de NaCl, a 25°C.
Tabela 3.1.1 Valores das concentrações micelares críticas para os surfactantes sintéticos utilizados neste trabalho.
Tabela 3.1.2 Comprimentos de onda máximo (A,max) e absortividades molares (8) da espécie protonada do clorodiazepóxido (HCLDZ+) em CTAB.
Tabela 3.1.3 Comprimento de onda máximo (À,max) e absortividade molar (e) da espécie neutra do clorodiazepóxido (CLDZ) em CTAB.
Tabela 3.2.1 Constantes de acidez aparente do CLDZ em SDS; (I=0,lM;t=25°C).
Tabela 3.2.2 Valores dos comprimento de onda máximo e das absortividades molares do CLDZ em SDS.
Tabela 3.2.3 Constantes de acidez aparente do CLDZ em Triton X-100; (I=0,lM;t=25°C).
Tabela 3.2.4 Constantes de acidez aparente do CLDZ em CTAB; (I=0,lM;t = 25°C).
Tabela 3.2.5 Comprimentos de onda máximo (̂ max) e absortividades molares (8) da espécie protonada do clorodiazepóxido (HCLDZ+) em CTAB, determinados com o programa SQUAD.
Tabela 3.2.6 Comprimento de onda máximo (A,max) e absortividade molar (e) da espécie neutra do clorodiazepóxido (CLDZ) em CTAB, determinados com o programa SQUAD.
20
21
21
26
70
76
77
80
82
85
88
91
91
12
Tabela 3.3.1 Constantes de ligação da forma protonada e neutra do CLDZ 99 às micelas de SDS, Triton X-100 e CTAB, obtidos a partir das constantes de acidez aparente.
Tabela 3.4.1 Solubilidade do CLDZ em meio aquoso a pH = 3 e a pH = 9, 104 a 25°C.
Tabela 3.4.2 Efeito do sistema micelar SDS na solubilidade do CLDZ a 104 25°C.
Tabela 3.4.3 Efeito do sistema micelar Triton X-100 na solubilidade do 106 CLDZ a 25°C.
Tabela 3.4.4 Efeito do sistema micelar CTAB na solubilidade do CLDZ a 107 25°C.
Tabela 3.4.5 Constantes de ligação da forma protonada (KHB+) e 109 desprotonada (KB) do clorodiazepóxido às micelas determinadas a partir de estudos de solubilidade.
Tabela A. 1 Principais benzodiazepinas. 122
Tabela A. 2 Propriedades farmacocinéticas. 123
Tabela A. 3 Formas de administração e dosagens. 123
Tabela C l Valores dos comprimentos de onda máximo (A,max) de DZP 128 em água e em SDS, a pH=3.
Tabela C.2 Constantes de acidez aparente do DZP em SDS; 129 (1 = 0,1 M;t = 25°C).
Tabela C.3 Valores dos comprimentos de onda máximo (Xmax) e das 130 absortividades molares de DZP em SDS.
Tabela C.4 Valores dos comprimentos de onda máximo (A,max) e das 130 absortividades molares de DZP em meios mistos.
LISTA DE ABREVIATURAS E SÍMBOLOS
a grau de ionização da micela
£B absortividade molar da espécie neutra da benzodiazepina
£BH absortividade molar da espécie protonada da benzodiazepina
EI absortividade molar da espécie ionizada
£M absortividade molar da espécie molecular
'Wnax comprimento de onda máximo
A, absorvância da espécie ionizada
AM absorvância da espécie molecular
B forma neutra da benzodiazepina
CD concentração do surfactante acima da concentração micelar crítica
CLDZ clorodiazepóxido
cmc concentração micelar crítica
CTAB brometo de hexadeciltrimetilamónio
DZP diazepam
Fi fracção da forma ionizada
FM fracção da forma molecular
HB+ forma protonada da benzodiazepina
KB constante de ligação às micelas da forma neutra
KHB constante de ligação às micelas da forma protonada
Kx/y coeficiente de selectividade
P coeficiente de partiha
pKa constante de acidez
pKapp constante de acidez aparente
RMN ressonância magnética nuclear
RSE ressonância de spin electrónico
14
SDS dodecilsulfato de sódio
SM solubilidade na presença do surfactante
Sw solubilidade em água
Triton X-100 polietilenoglicol p-t-octil-fenol
V volume molar
Ixl b concentração da espécie X ligada às micelas
Ixl f concentração da espécie X livre na solução
PREFACIO
As 1,4- benzodiazepinas, grupo de substâncias farmacologicamente activas do qual
fazem parte o clorodiazepóxido (CLDZ) e o diazepam (DZP), são as drogas psicoterapêuticas
actualmente mais prescritas devido à sua elevada eficiência no tratamento da ansiedade. Não
obstante, pouco se sabe sobre o comportamento destas drogas quando em contacto com as
membranas biológicas.
Os sistemas micelares por serem constituídos por moléculas com propriedades
anfipáticas, isto é, por conterem grupos hidrofílicos e grupos hidrofóbicos à semelhança dos
sistemas biológicos, têm sido amplamente utilizados como modelos simplificados, uma vez
que mimetizam certos aspectos das biomembranas.
Desta forma, avaliar os efeitos dos sistemas micelares nas propriedades físicas e
químicas de substâncias com acção terapêutica, torna-se importante para compreender e
esclarecer a influência de meios organizados em certos parâmetros farmacocinéticos destas
substâncias.
Este trabalho consistiu, na sua grande parte, no estudo da influência de diferentes
meios micelares nas propriedades físico-químicas do CLDZ, de modo a tentar correlacioná-
las de uma maneira quantitativa com o tipo de interacções entre esta droga e as micelas.
O trabalho experimental efectuado para esta dissertação surge como seguimento do
trabalho realizado durante o seminário de licenciatura, no qual foi efectuado o estudo
espectral do CLDZ em SDS. Assim, iniciou-se a parte experimental deste trabalho por
finalizar estudo das propriedades ácido-base do CLDZ em SDS e obter os valores de
solubilidade da benzodiazepina neste meio, prosseguindo-se com estudos idênticos para
outros dois surfactantes (Triton X-100 e CTAB). De realçar ainda que os 3 surfactantes
usados pertencem a classes diferentes, de modo a permitir a verificação do efeito da carga das
micelas.
16
Esta dissertação está dividida em cinco capítulos e três apêndices: No primeiro
capítulo são definidos os conceitos básicos necessários para a compreensão e execução do
trabalho experimental; o capítulo dois destina-se à descrição das condições experimentais em
que o trabalho foi realizado, com especial ênfase no sistema de titulação utilizado e algumas
observações experimentais relevantes para a determinação de constantes de ionização; no
capítulo três apresentam-se os resultados obtidos no estudo espectrofotométrico das
propriedades ácido-base e solubilidade do CLDZ em solução aquosa e em soluções micelares
dos surfactantes SDS, Triton X-100 e CTAB; no capítulo quatro são apresentadas as
considerações finais acerca dos resultados experimentais obtidos ao longo de todo o trabalho
e conclusões alcançadas; no capítulo cinco apresentam-se as referências bibliográficas
referidas ao longo da dissertação e termina-se com três apêndices: o primeiro apresenta as
propriedades farmacocinéticas das duas benzodiazepinas utilizadas no trabalho, o segundo
apresenta as recomendações da IUPAC para a publicação de constantes de equilíbrio e o
terceiro apresenta os resultados obtidos no estudo do comportamento de outra
benzodiazepina, o diazepam (DZP) em soluções de SDS.
CAPÍTULO 1
INTRODUÇÃO TEÓRICA
Neste capítulo são definidos os conceitos necessários para a compreensão,
interpretação e execução do trabalho experimental.
Inicia-se pela descrição geral das propriedades físico-químicas das substâncias em
estudo: clorodiazepóxido, diazepam e surfactantes (secções 1.1 e 1.2), prosseguindo-se com a
descrição e análise dos estudos efectuados de solubilidade e de ácido-base em meios
micelares (secções 1.3 e 1.4).
Uma vez que o trabalho experimental incidiu especialmente na determinação
espectrofotométrica de constantes de acidez, a última secção (1.5) é destinada à descrição
sumária do método utilizado.
18
1.1 BENZODIAZEPINAS
Aspectos gerais
As benzodiazepinas são um grupo de substâncias farmacologicamente activas,
utilizadas como tranquilizantes. Actuam em diferentes áreas do cérebro e do sistema nervoso
central, incluindo o sistema límbico que controla as emoções e o córtex cerebral que é
responsável pela análise de informação.
Actualmente as 1,4-benzodiazepinas são as drogas psicoterapêuticas mais prescritas
devido à sua elevada eficiência no tratamento da ansiedade, podendo ter outras indicações
terapêuticas, funcionando como sedativos ou hipnóticos. Todas as benzodiazepinas têm
propriedades farmacológicas similares diferindo no entanto na selectividade, o que pode
conduzir a uma utilização clínica diferente.
Clorodiazepóxido e Diazepam
O potencial das 1,4-benzodiazepinas como substâncias farmacologicamente activas foi
pela primeira vez explorado por Randal3 nos seus estudos com o clorodiazepóxido, que foi a
primeira benzodiazepina bem sucedida desenvolvida nos Laboratórios Roche nos fins dos
anos 50. Mais tarde, nos anos setenta apareceu uma nova benzodiazepina, o diazepam que
dadas as suas propriedades ansiolíticas, relaxantes musculares e anticonvulsivantes,
rapidamente destronou o clorodiazepóxido, sendo o fármaco mais vendido no mundo (só nos
Estados Unidos os médicos prescrevem 44 milhões de receitas deste ansiolítico).
Relativamente aos efeitos adversos mais comuns da utilização destas drogas, verifica-
-se que o diazepam e o clorodiazepóxido podem provocar sonolência, dificuldades de
coordenação, fadiga, tonturas e ataxia. De salientar ainda que apesar de inicialmente se ter
pensado que estas substâncias não fossem viciantes, está hoje demonstrado que as
benzodiazepinas provocam dependência. A dependência é detectada pelo aparecimento dos
seguintes sintomas aquando da sua não utilização: insónia, ansiedade, perda de apetite,
tremores, suores e distúrbios de percepção.2 Alguns destes sintomas são precisamente os
responsáveis pela prescrição das benzodiazepinas, o que resulta num ciclo vicioso de
dependência. De facto são drogas cuja habituação ocorre tão facilmente que a dependência
delas pode ocorrer ao fim de apenas algumas semanas apesar de tomadas em doses normais,
daí a sua prescrição ser restringida a quatro semanas no máximo.
19
As propriedades farmacocinéticas, as formas de administração e as dosagens utilizadas
do clorodiazepóxido e do diazepam encontram-se resumidas no apêndice A.
Estrutura e nomenclatura
As 1,4-benzodiazepinas têm a estrutura geral representada no esquema da figura 1.1
(5-fenil-l,4-benzodiazepina-2-ona).
As drogas com esta estrutura geral, fazem parte dos chamados agentes ansiolíticos e
devem a sua actividade biológica à presença do anel de sete lados e à presença de
substituintes nas posições 1, 2, 3 e 7. A existência de substituintes electronegativos tal como o
cloro nas posições 2 e 7 e a existência de um grupo metilo ligado ao átomo de azoto na
posição 1, aumentam fortemente esta actividade .
ri
Figura 1.1- Representação esquemática de 5-fenil-l,4-benzodiazepina-2-ona.
Existem três tipos diferentes de 1,4-benzodiazepinas, sendo esta classificação baseada
na natureza do átomo de carbono da posição 2. No primeiro tipo {diazepam) o carbono 2 é um
grupo carbonilo, o segundo tipo {clorodiazepóxido) tem um grupo metilamino ligado ao
carbono da posição 2 e o terceiro tipo possui um grupo metileno nesse mesmo carbono.
Existem excepções que apresentam algumas variações relativamente à estrutura geral e
uma delas é o clorodiazepóxido que tem a estrutura mais diversa, por conter um substituinte
no átomo de azoto da posição 4, como é demonstrado na figura 1.2.
Na tabela 1.1 encontram-se representadas as duas benzodiazepinas utilizadas e os seus
respectivos nomes genérico, comercial e químico.
20
NHCH3
Clorodiazepóxido
Figura 1.2- Representação das estruturas químicas das duas benzodiazepinas utilizadas neste trabalho.
Tabela 1.1- Benzodiazepinas: Nomes genérico, comercial e químico
Nome genérico
Clorodiazepóxido
Diazepam
Nomes comerciais
Librium, Disarim,
Paxium, outros...
Valium, Bialzepam,
Metamidol, outros...
Nome químico
7-cloro-2-metilamino-5-fenil-3H-1,4-
benzodiazepina-4-óxido
7-cloro-1,3-diidro-1 -metil-5-fenil-2H-1,4-
benzodiazepina-2-ona
Propriedades físico-químicas
As soluções de 1,4-benzodiazepinas (com a excepção do medazepam) em meios não
aquosos permanecem estáveis por várias semanas. Em solução aquosa têm tendência para
hidrolisar, especialmente em meios fortemente ácidos ou alcalinos, dando origem às
correspondentes benzofenonas. Na generalidade as benzodiazepinas são bases monopróticas muito pouco solúveis em
água mas solúveis em metanol, etanol e clorofórmio. A eficácia de qualquer substância com acção terapêutica, depende não só da sua via de
administração mas também do seu grau de ionização e este depende como é óbvio da(s)
constante(s) de acidez dessa substância. Estudos efectuados por espectrofotometria de
ultravioleta/visível,7 indicam a existência de apenas uma constante de acidez para estas duas
benzodiazepinas, em que a protonação do diazepam ocorre no azoto imínico N-4 do anel
21
benzodiazepínico e a protonação do clorodiazepóxido no átomo de oxigénio ligado também
ao azoto imínico N-4, ou seja ao grupo N-óxido.
Tabela 1.2- Valores de pKa em água para o CLDZ e DZP
Benzodiazepina pKa
Clorodiazepóxido 4,79
Diazepam 3,58
Espectrofotometría de ultravioleta/visível
De acordo com a literatura6, estas substâncias têm absortividades molares da ordem de
grandeza de IO4 mol^dmW 1 , o que implica que as soluções utilizadas tenham concentrações
da ordem dos 5 x IO"5 a 1 x IO"4 M, de maneira a que o espectro se mantenha inalterável.
Na tabela 1.3 apresentam-se os valores dos comprimentos de onda de absorvância
máxima (k max) e das absortividades molares, eBH+ a absortividade molar da espécie protonada
e £B a absortividade molar da espécie neutra, retirados da literatura.
Tabelal.3- Absortividades molares do CLDZ e DZP em água
BH+ B
Benzodiazepina X max (nm) e (xlC ' M 1 cm l) X max (nm) e(xlO i^M-W1)
CLDZ 245 3,1 262
e(xlO
3,2
310 0,9 355 0,3
DZP 241
285
360
2,3
1,1 0,3
229
250s
315
3,4
1,6
0,2
s = shoulder
Como já foi referido, tanto o clorodiazepóxido como o diazepam têm tendência a
sofrer hidrólise. O mecanismo de hidrólise destas benzodiazepinas não é, ainda, totalmente
conhecido mas há vários estudos efectuados por espectrofotometría de ultavioleta/visível6 que
referem que as benzofenonas associadas à hidrólise do clorodiazepóxido e do diazepam
22
absorvem em soluções ácidas com absortividades molares 20% superiores às dos compostos
que lhe dão origem. Assim, a possibilidade de ocorrência de hidrólise pode ser facilmente
verificada pelo controlo da absorvância das soluções.
Lafargue et ai.10 verificaram que em soluções 0,2M de HC1 a benzofenona associada
ao diazepam (2-metilamino-5-clorobenzofenona) absorve a 237 nm e que a benzofenona
associada ao clorodiazepóxido (2-amino-5-clorobenzofenona) absorve a 236 e 213 nm.
Clifford et ai,6 referem que estudos efectuados em soluções 4M de HC1, apontam valores de
comprimento de onda de absorvância máxima de 214 e 255 nm para o produto de hidrólise do
clorodiazepóxido e de 214 e 248 nm para o diazepam.
Relativamente a meios micelares, não se encontram na literatura muitas referências
relativamente a soluções de benzodiazepinas. Uma dessas referências descreve um estudo
efectuado por espectrofotometria de ultravioleta-vísivel da interacção de uma das
benzodiazepinas (DZP) com surfactantes, que revelou uma maior solubilidade desta em meio
micelar do que em água.11 As soluções de diazepam na presença de surfactante exibiam uma
maior absorvância devido ao facto de haver mais produto dissolvido, e quando se estudava a
interacção do surfactante em soluções onde o DZP se encontrava numa concentração
suficientemente pequena, de modo a já se encontrar totalmente dissolvido antes da adição de
surfactante, não se registava nenhum aumento de absorvância em relação ao meio aquoso.
23
1.2 SUBSTÂNCIAS TENSIOACTIVAS
Aspectos gerais
As substâncias tensioactivas também denominadas por surfactantes são constituídas
por moléculas com propriedades anfipáticas bem definidas, isto é, contêm grupos hidrofóbicos
e grupos hidrofílicos. A combinação destas propriedades opostas numa única molécula
confere a estas substâncias características únicas quando contactam com a água, tais como a
formação de agregados acima de uma certa concentração e a capacidade de solubilizar
substâncias pouco solúveis em água - propriedades que estão interligadas.
Normalmente têm a estrutura RX, onde R é uma cadeia de hidrocarboneto contendo 8
a 18 átomos de carbono (grupos alquilos, acilos ou aromáticos) e X é um grupo polar e/ou
ionizante com carácter hidrofílico. Dependendo da natureza de X as substâncias tensioactivas
podem ser divididas em quatro classes: aniónicas (gupo hidrofílico carregado negativamente),
catiónicas (grupo hidrofílico carregado positivamente), não iónicas (grupo hidrofílico não
possui carga, mas é polar) e iónicas dipolares (grupo com carga positiva e carga negativa). Os
surfactantes iónicos dipolares apesar de terem carga permanente, têm a particularidade de se
comportarem como catiónios ou aniónicos dependendo do pH da solução. No caso dos
surfactantes catiónicos o grupo hidrofílico é geralmente um grupo fosfónio, piridinico ou
amónio quaternário; se for aniónico é constituído por sulfato, sulfonate fosfato ou carboxilato 12
e se se tratar de um surfactante não iónico, X representa um resíduo polioxietileno .
Na figura 1.3 encontram-se representados o nome e a fórmula de estrutura dos três
surfactantes sintéticos utilizados neste trabalho.
C12H25OSO3" Na+ (SDS)
CH3 I
H 3 C - Ç - H 2 C - Ç CH3 CH3
(OCH2CH2)nOH (T r i t o n X " 1 0 0 )
C16H3iN+(CH3)3 Br" (CTAB)
Figura 1.3- Estruturas dos surfactantes sintéticos SDS, Triton X-100 e CTAB
24
Formação de micelas
As substâncias tensioactivas tendem a agrupar-se em contacto com a água para
minimizar a energia do sistema, dando origem a micelas - agregados coloidais formados
espontaneamente em água por compostos anfipáticos.
O termo "micela" é portanto utilizado para denominar a entidade de dimensão 13
coloidal, que está em equilíbrio dinâmico com os monómeros que lhe deu origem .
A formação de micelas ocorre devido à natureza dualista das moléculas de surfactante,
em que a parte hidrofóbica tende a afastar-se da água e a parte hidrofílica a interactuar
fortemente com ela. A água tem uma estrutura aberta que quando contacta com uma molécula
anfipática sofre uma distorção para permitir acomodar as moléculas do soluto, provocando um
aumento da energia livre do sistema. Como resultado desse aumento de energia, surge uma
tendência do soluto ser adsorvido na interface da solução ou então a formação de agregados
moleculares em que as regiões hidrofóbicas estão direccionadas para o interior da micela .
Por outras palavras, a formação de micelas é um mecanismo alternativo à adsorção para
reduzir a energia livre devido à minimização da distorção da estrutura da água.
A formação de micelas só acontece acima de uma certa concentração, a que se chama
concentração micelar crítica (cmc) e é acompanhada pela variação pronunciada de várias
propriedades físicas da solução, entre as quais a tensão superficial, a condutividade molar e a
dispersão da luz, que são as mais utilizadas experimentalmente para a determinação da cmc
(figurai.4)14.
c m c Concentração
Figural.4- Esquema da variação da tensão superficial (Y), da condutivadade molar (K) e da dispersão de luz (x) em função da concentração de surfactante. A linha a tracejado representa a cmc.
25
A variação pronunciada da propriedade física medida é indicativo da alteração
significativa da natureza da espécie responsável pela propriedade. No caso da medição da
condutividade molar, a alteração poderá estar associada ao aumento da massa por unidade de
carga da espécie condutora. A variação da dispersão da luz indica o aparecimento de espécies
significativamente maiores do que os monómeros do soluto. Estas evidências experimentais
sustentam a formação de agregados ou micelas em concentrações de surfactante bem
definidas15. O valor da cmc é tanto mais acentuado quanto maior for o número de monómeros por
micela14 (n° de agregação) e pode sofrer algumas variações dependendo da técnica física
utilizada para a determinar. Essas pequenas variações são devidas ao facto das diferentes
técnicas responderem diferentemente às espécies em solução na forma monomérica e
micelar . À medida que a concentração de surfactante aumenta acima da cmc, a adição de novos
monómeros resulta na formação de novas micelas, daí que a concentração de monómeros 13
permaneça aproximadamente constante e igual à cmc . Outro parâmetro é o ponto de Kraft- a temperatura acima da qual a formação de
micelas é possível - que pode ser determinado pela variação da solubilidade, uma vez que o
surfactante na forma não associada, a que vulgarmente se designa por monómeros, tem uma
solubilidade limitada enquanto que as micelas possuem uma grande solubilidade.
O valor da temperatura de Kraft depende da natureza do grupo hidrofóbico e do
carácter das interacções iónicas entre o surfactante e os contra-iões. Uma vez que o
mecanismo de solubilização dos surfactantes neutros é diferente, estes não exibem o ponto de
Kraft, no entanto têm uma relação temperatura/solubilidade em meio aquoso característica,
tornando-se mais solúveis com o aumento de temperatura .
Se considerarmos a concentração micelar crítica igual à solubilidade limite dos
monómeros de surfactante, então é o processo de formação de micelas que impede a
precipitação do surfactante16. A concentração micelar crítica é o parâmetro mais importante de
uma substância tensioactiva, uma vez que determina a concentração máxima de monómeros
que se pode obter (em algumas interacções o que é relevante é a actividade do surfactante
como monómero e não em forma de micela) .
A formação de micelas resulta do balanço de três forças: a força de repulsão
hidrofóbica entre as cadeias de hidrocarbonetos e a água, a força de repulsão entre as cargas
dos grupos hidrofílicos e a força de Van der Walls entre os grupos alquilo,17 e pode-se
considerar que a principal causa da associação das moléculas de surfactante é a interacção
26
hidrofóbica das cadeias de hidrocarbonetos. Sendo assim, o valor da cmc é determinado pelo
balanço do carácter hidrofóbico/hidrofílico da molécula uma vez que a tendência de formação
da micela aumenta com o aumento do carácter hidrofóbico e diminui com o aumento do
carácter hidrofílico, isto é moléculas que sejam constituidas maioritariamente por um grupo
hidrofóbico têm uma concentração micelar crítica menor14. A importância dada à interacção
hidrofóbica é consistente com a observação de que a adição de etanol num meio aquoso
impede gradualmente a formação de micelas .
Relativamente ao valor da concentração micelar crítica as seguintes generalizações
podem ser aplicadas :
- Quanto menor for a cadeia de hidrocarboneto, menor é a diminuição da energia
livre do sistema resultante da agregação e, assim, maior é a concentração para a
qual a superfície das moléculas de surfactante tem o mesmo potencial químico em
solução e na micela e consequentemente maior é a cmc.
Matematicamente a relação entre o tamanho da cadeia de hidrocarboneto e a cmc
foi expresso por Klevens18 como sendo
log cmc = A - Bn
Em que A e B são constantes específicas para uma série homóloga e n é o número
de átomos de carbono da cadeia.
- Todos os factores que diminuem a repulsão electrostática entre os grupos
hidrofílicos favorecem a formação de micelas.
Um exemplo é a adição de electrólitos inertes (aumentando assim a força iónica)
porque a repulsão entre os grupos hidrofílicos da micela é atenuada pela presença
de outros iões (tabela 1.4).
Tabelal.4- Concentrações micelares críticas de SDS em soluções aquosas de NaCl, a 25°C
C(NaCl)/M 0 0,1 0,2 0,4
Cmc(mM) 8,1 1,4 0,83 0,52
Um aumento de temperatura diminui a hidratação dos grupos hidrofílicos,
favorecendo a formação micelar dos compostos não iónicos.
27
- A presença de álcoois, com baixa solubilidade em água, diminui a densidade de
carga da superfície de uma micela iónica, diminuindo assim a correspondente
concentração micelar crítica.
- A presença de metanol e de outros compostos similares, como o dioxano por
exemplo, com uma significativa miscibilidade com a água, como não "penetram" na
micela na mesma extensão têm um efeito fraco no valor da cmc, aumentando-a para
grandes concentrações devido à diminuição da energia da interacção hidrofóbica
entre as cadeias de hidrocarbonetos e as moléculas de surfactante.
A formação de micelas assemelha-se à criação de uma nova fase, no entanto, as
micelas resultantes não se unem numa fase contínua, distribuindo-se apenas uniformemente
em meio aquoso, dando origem a uma «pseudo-fase» com propriedades características da
separação de fases tais como: aumento da solubilidade de certas substâncias em soluções de
surfactante acima da cmc, que é similar à dissolução dessas substâncias numa fase separada;
no ponto de Kraft, a primeira derivada da solubilidade do surfactante em função da
temperatura exibe uma descontinuidade que também é característica da transição de fases .
Estrutura das micelas
As micelas são estruturas dinâmicas com tempos de formação e destruição da ordem 19
dos milisegundos . O número de monómeros de surfactante por micela (número de agregação), para
surfactantes não iónicos atinge o valor de 1000 ou superior, enquanto que se for iónico esse
número variará entre 10 a 100, devendo-se esta diminuição às repulsões electrostáticas entre
os grupos hidrofílicos .
O formato de uma micela foi sempre uma questão controversa: Hartley propôs uma
micela esférica com dimensões coloidais em que os grupos hidrofílicos estão situados na
superficie e as cadeias hidrofóbicas no interior. McBain sugeriu a existência de micelas
lamelares que consistem em duplas camadas de moléculas de surfactante colocadas lado a
28
Exceptuando os casos de concentrações elevadas de surfactante, a maioria das
evidências experimentais favorece o modelo de Hartley. Algumas dessas evidências
encontram-se sumariadas de seguida :
- O valor da concentração micelar crítica depende mais do comprimento
da cadeia de hidrocarbonetodo do que dos grupos iónicos. Numa micela lamelar
seria de esperar uma maior sensibilidade para os grupos hidrofílicos que se
encontram próximos apesar de terem a mesma carga.
- As micelas lamelares expõem mais as cadeias hidrofóbicas à água.
- As micelas têm números de agregação constantes. Micelas lamelares
provavelmente não teriam um tamanho definido, pois estariam sempre dispostas a
aceitar mais moléculas.
O modelo de McBain foi apoiado por resultados de raios X21. Quando um feixe
monocromático de raios X atravessa uma fina camada de solução de surfactante observa-se
uma figura de difracção cuja interpretação segundo a equação de Bragg é consistente com o
esperado de uma micela lamelar. Os resultados de raios X obtidos quando se adiciona
benzeno a um surfactante também são coerentes com a solubilidade numa micela lamelar.
No entanto, este modelo não é satisfatório para explicar o tamanho limitado das
micelas. Termodinâmicamente seria de esperar que as micelas lamelares tivessem tendência a
aumentar para minimizarem a energia do sistema. Além disso verifica-se que alguns
resultados de raios X são ambíguos, uma vez que podem ser atribuídos a um certo
ordenamento das micelas esféricas imposto por forças electrostáticas repulsivas.
Actualmente é aceite que o formato de uma micela varia com a concentração do
surfactante. Embora geralmente sejam esféricas, algumas micelas para concentrações bem
acima da concentração micelar crítica e segundo condições apropriadas, podem adoptar outros 99
formatos, como é demonstrado na figura 1.5 .
As micelas lamelares por apresentarem semelhanças com as membranas biológicas são
muitas vezes utilizadas como modelos de investigação de estruturas biológicas .
29
(b)
%î#' 'îl (e)
332$* (d) («)
Figural.5- Alguns tipos de estruturas micelares: (a) esférica, (b) "disc-like", (c) cilíndrica, (d) lamelar, (e) vesícula esférica. Os grupos hidrofílicos estão representados pelos círculos pretos.
Na figura 1.6 está representada esquematicamente com mais pormenor uma micela
esférica. Considera-se que a micela tem um núcleo líquido formado por n cadeias carbonadas
com os grupos ionizados direccionados para a água. A camada que envolve o núcleo designa
t e por camada de Stern que contém não só os grupos iónicos, mas também (1 - a)n contra-
iões, cujo grau de ionização a varia entre 0,6 e 0,9. Existe ainda uma camada mais difusa, a 23 24
camada Gouy-Chapman, contendo an contra-iões ' .
Camada de GouY-Chapman
Camada de Stern
Centro 10 A
Figura 1.6- Representação esquemática de uma micela iónica de SDS (adaptação da referência 12).
30
A superfície duma micela não é uniforme. Resultados de RMN (ressonância
magnética nuclear) indicam que algumas cadeias de hidrocarbonetos estão expostas ao
solvente, ou pelo menos contactam com ele periodicamente. De facto as micelas contêm uma
considerável quantidade de água (por exemplo: 33-46% no SDS). A água está provavelmente
localizada não só na superfície mas também no interior da micela, diminuindo a sua
quantidade com a distância aos grupos hidrofílicos12. Recentes estudos de fluorescência das
ligações hidrogénio nos agregados micelares indicam ainda que uma micela é uma estrutura
porosa na qual a água e a região hidrofóbica estão em permanente contacto .
A superficie de uma micela pode ser considerada como um "ambiente" polar com
características diferentes da água. O interior de carácter hidrofóbico tem propriedades
semelhantes às cadeias de hidrocarbonetos líquidas embora mais ordenadas. Em geral a
micela apesar de possuir alguma características de sólidos é semelhante ao estado líquido.
Esta última hipótese é consistente com os seguintes factos: a) a possibilidade de se formarem
micelas mistas com vários aditivos e b) a ocorrência de solubilização em sistema micelares. O
processo b) assemelha-se em muitos aspectos à extracção de substâncias orgânicas da fase
aquosa, com as micelas a "actuarem" como uma segunda fase .
Aplicações das micelas
Os sistemas micelares têm tido ampla aplicação nos últimos anos em diferentes áreas
da química analítica, sendo utilizados numa variedade de técnicas como a espectrofotometria
de ultravioleta/Visível (especialmente na detecção de metais),26,27 fluorimetria,
espectrometria de quimiluminescência,28"31 espectrometria de absorção atómica e 1 1 'IA
cromatografia ' . As micelas são as responsáveis pela maior parte das aplicações práticas dos
detergentes como: (i) o aumento da solubilidade de compostos orgânicos em água devido à
sua incorporação na micela; (ii) catálise de muitas reacções e (iii) alteração do equilíbrio e da
velocidade de reacções. Adicionalmente, os sistemas micelares têm a vantagem de serem práticos devido à sua
13 estabilidade, serem opticamente transparentes e relativamente não tóxicos .
31
1.3 DISTRIBUIÇÃO DE FÁRMACOS ENTRE AS FASES AQUOSA E MICELAR
Considerações gerais
De todas as aplicações das micelas, a de maior interesse analítico advém do papel
importante que desempenham em processos de solubilização. Substâncias pouco solúveis ou
mesmo insolúveis em água podem ser transportadas por esta depois de terem sido dissolvidas
nas micelas. Por esta razão os sistemas micelares são utilizados por exemplo como
detergentes ou como transportadores de fármacos19. Este facto é comprovado pelo aumento
pronunciado da solubilidade quando a concentração micelar crítica é atingida. Este aumento é
proporcional à concentração de surfactante, principalmente devido ao acréscimo do número
total de micelas por unidade de volume .
Os métodos de determinação da solubilidade em sistemas micelares são idênticos aos
da determinação da concentração de qualquer composto num dado solvente. Como a
solubilidade depende da temperatura é importante que estes métodos estejam sujeitos a uma
adequado controlo de temperatura. A solubilização é um processo dinâmico, em que as moléculas solubilizadas estão em
equilíbrio permanente entre as fases aquosa e micelar (tempos de residência na micela » 10" a
IO"5 segundos), quanto mais hidrofóbica é a molécula maior é o seu tempo de residência na
micela . A tendência de um molécula interactuar com micelas é expressa pela sua constante de
ligação, K. Para a reacção
S + C o SC (1.1)
em que S e C correspondem respectivamente ao substrato e ao agregado micelar, a
constante de ligação pode ser expressa por
K = ISCI/( ISI C) (1.2)
C é expresso pela concentração do surfactante em forma de micela, isto é, igual à
diferença entre a concentração analítica do surfactante e a concentração micelar crítica.
32
Determinação das constantes de ligação
O processo de solubilização é afectado por vários factores, que por sua vez
influenciam as propriedades das micelas (temperatura, concentração do contra-ião, presença
de electrólitos inertes), e é dificultado pelo efeito das próprias substâncias solubilizadas nas 12
micelas .
No entanto, os valores das solubilidades podem ser interpretados, com as devidas
precauções, com base num modelo simples, no qual as micelas são consideradas uma fase
distinta do resto da solução . Considera-se que a substância A é distribuída entre as fases micelar e aquosa de
acordo com a lei de distribuição simples:
IAI M / IAI W = PA ( ° )
em que IAIM e IAIW, correspondem às concentrações locais do soluto A em mol/dm nos
volumes das fases micelar e aquosa respectivamente.
Se ICAMI e ICAwl se referem, respectivamente, às concentrações analíticas do soluto na
fase micelar e na fase aquosa (relativamente ao volume total da solução), IAIM e IAIW são
dadas como:
IAIM = ICAMI / CV (1.4)
IAIW = I C A W I / ( 1 - C V ) (1.5)
•3
em que C é igual à diferença entre a concentração do surfactante (em moldm" ) e a
cmc, e V é o volume molar do surfactante. A concentração total de A em relação ao volume de todo o sistema, é dado por:
IAlo = IAIM CV + IAlw ( 1 -CV) (1.6)
Combinando (1.3) com (1.6), obtém-se
I A I 0 / I A I W = 1 + ( P A - 1 ) C V (1.7)
33
em que P A é o coeficiente de partilha e os factores CV e 1- CV são as fracções por
volume das fases micelar e aquosa respectivamente.
Atendendo a que a distribuição (1.3) é satisfeita para concentrações acima de Sw
(solubilidade de A em água), então a solubilidade SM na presença do surfactante está
relacionada com Sw pela equação (1.7), que pode ser escrita da seguinte forma:
S M /Sw=l+K A C (1.8)
Em que a constante KA corresponde a
KA = ( P A - 1 ) V (1-9)
r-h e tem, a dimensão de uma constante de ligação comum (M" ).
Para considerações gerais, a equação (1.3) será aplicada apenas para soluções diluídas,
pelo que a equação (1.8) é aplicada unicamente para substâncias pouco solúveis, cujas
soluções saturadas possam ser consideradas ainda "diluídas".
A equação (1.8) pode ser rescrita como:
S M / S w - 1 = K A C (1.10)
A representação gráfica de SM / Sw - 1 em função de C dá origem a uma recta cuja
intersecção na origem é igual a zero e o declive é igual a KA.
As constantes do tipo KA são indicadoras da eficiência da solubilização. Exemplos da
utilização de valores de solubilidade de várias substâncias para a determinação das constantes
de ligação com as micelas podem ser encontradas nas referências 36-40.
A constante de ligação de uma substância a uma micela pode ser facilmente obtida
quando existe variação numa propriedade molecular que possa ser detectada ao passar de um
meio aquoso para um meio micelar .
Neste trabalho a propriedade utilizada é a absorvância, obtida por espectroscopia de
ultravioleta-visível, mas também se poderia ter recorrido à espectroscopia de RMN
(ressonância magnética nuclear) ou à espectroscopia de RSE (ressonância de spin
electrónico). Uma vez que a alteração das absorvâncias ou absortividades molares está
relacionada com a mudança do microambiente da molécula, estes resultados poderão ser
utilizados para interpretar a localização das moléculas solubilizadas na micela.
34
Localização das moléculas solubilizadas numa micela
A localização e a orientação das moléculas solubilizadas numa micela estão
dependentes da natureza da espécie solubilizada e do surfactante.
Como já foi referido, as micelas são estruturas dinâmicas não permitindo assim
determinar com exactidão a localização do soluto, podendo-se no entanto determinar a sua
localização preferencial. De salientar, no entanto, que apesar de uma dada região da micela
poder ser um local preferencial de solubilização, não há nenhuma garantia de que todos os
fenómenos relacionados com o sistema estejam associados a essa região .
Os diferentes locais possíveis de solubilização numa micela encontram-se
esquematizados na figura 1.7, onde se torna evidente que as moléculas solubilizadas podem
estar localizadas em vários microambientes, desde a superfície da micela até ao interior mais
profundo do agregado .
Figura 1.7- Esquema das possíveis localizações das moléculas solubilizadas
Assim, as moléculas solubilizadas na micela podem ser encontradas nos seguintes
locais33:
1- Adsorvidas na superfície da micela, isto é, na interface água/micela, que é a
suposição mais provável para moléculas contendo grupos polares;
2- Entre os grupos hidrofílicos, no caso de surfactantes não iónicos;
3- Entre os grupos hidrofílicos, próximo da superfície micelar, orientados
radialmente na micela de forma a que a parte polar da molécula esteja situada na
superfície e a parte apolar no interior da micela; 4- Situadas mais profundamente entre os grupos hidrofóbicos;
5- No interior da micela de carácter hidrofóbico;
35
Para verificar a forma como as moléculas são solubilizadas numa micela é usual
comparar espectros de ultravioleta-visível, RMN e RSE, traçados na presença e na ausência
de surfactante. No entanto a interpretação dos espectros é dificultada pelo facto de os efeitos
observados dependerem de vários factores. Por essa razão os estudos publicados, utilizando
diferentes métodos e dando resultados consistentes acerca do rearranjo das moléculas
solubilizadas numa micela, são especialmente valiosos.
Em geral verifica-se que :
- as moléculas alifáticas estão imersas no interior hidrofóbico das micelas ;
- as moléculas aromáticas ou as partes aromáticas das moléculas estão
provavelmente na superfície das micelas catiónicas e no interior das micelas
neutras e aniónicas;
- as moléculas com substituantes polares (álcoois, fenóis, ácidos, aminas etc) estão
orientadas com os grupos polares para a superfície e as partes não polares imersas
no interior da micela; - os iões são adsorvidos na superfície das micelas.
A eficiência de uma interacção química entre as moléculas solubilizadas está
obviamente dependente da respectiva orientação. O rearranjo das moléculas solubilizadas na
micela é, por conseguinte, uma questão que importa ser examinada em mais detalhe.
Factores que influenciam a solubilização
O principal factor a influenciar a capacidade de um surfactante solubilizar uma
substância é a sua estrutura molecular, uma vez que é ela que determina as suas características
(cmc, número de agregação, forma da micela, etc). Consequentemente todos os factores que
afectam a estrutura molecular do surfactante também inferem no valor da solubilidade,
nomeadamente a adição de um terceiro componente na solução de surfactante .
A concentração micelar crítica e o número de agregação podem ser relacionados com
o tamanho e a natureza do grupo hidrofóbico da micela. Verifica-se que o aumento do
tamanho do grupo hidrofóbico para um dado grupo hidrofílico provoca a diminuição da cmc e
o aumento do número de agregação.
Como os hidrocarbonetos e os compostos orgânicos pouco solúveis em água
usualmente se solubilizam no interior e entre os grupos da micela, a quantidade de material
36
solubilizado será tanto maior quanto maior for o tamanho da micela. Então, qualquer factor
que provoque o aumento do tamanho da micela também contribui para um aumento da sua
capacidade de solubilização. O aumento do tamanho da cadeia de hidrocarboneto, por
exemplo, origina uma diminuição da cmc e um aumento do número de agregação de modo a
permitir que um maior número de substâncias se incorpore na micela.
Considerando o poder solubilizante dos diferentes tipos de surfactante para uma dada
cadeia hidrofóbica, geralmente verifica-se que os surfactantes neutros têm um poder
solubilizante superior ao dos surfactantes catiónicos, e o destes, por sua vez, é maior que dos
aniónicos.
A estrutura do composto a dissolver é também um dos factores que afecta a
solubilização. Harkin etalAl investigaram a solubilização de hidrocarbonetos e de compostos
aromáticos e concluíram existir uma relação inversa entre o volume molecular do soluto e a
sua quantidade solubilizada. Um factor ainda a ter em conta é a polaridade do composto a
solubilizar. No caso de surfactantes neutros, verifica-se que quanto mais polar é a molécula a
solubilizar, maior é a capacidade da micela para incorporá-la. Tal facto é, aliás, indicativo que
a solubilização ocorre entre os grupos hidrofílicos da micela.
Como a temperatura influencia as características de uma micela, consequentemente
também afectará a solubilidade dos solutos, devido à alteração da estrutura da micela. Além
disso uma variação da temperatura afecta as interacções intermoleculares entre soluto e
solvente (por exemplo as ligações de hidrogénio), o que pode significar uma alteração das
propriedades do surfactante e do soluto. Geralmente observa-se que um aumento de
temperatura é responsável pelo aumento da solubilização dos compostos polares e apoiares
em micelas de surfactantes iónicos, enquanto que para os surfactantes neutros o efeito da
temperatura depende da natureza do soluto. Compostos apoiares localizados no centro da
micela sofrem um aumento da solubilidade devido ao aumento do número de agregação.15
A adição de substâncias que não fazem parte do sistema inicial (solvente-surfactante-
soluto) pode provocar alterações significativas no poder solubilizante de um surfactante
devido ao seu efeito na concentração micelar crítica e no número de agregração. Verifica-se
que a adição de compostos polares aumenta a solubilidade do soluto apolar nas micelas
iónicas. Winsor sugeriu um mecanismo para tal acção baseado em interacções intra e
intermoleculares. Na essência, o mecanismo, como se pode observar na figura 1.8, envolve a
incorporação do composto polar entre os monómeros de surfactante. Como resultado, surge
uma diminuição das repulsões entre os grupos hidrofílicos, e um aumento do volume do
interior da micela, originando assim um maior espaço para incorporar o soluto.
37
Adição de composto polar
Figural.8- Mecanismo de Winsor para aumentar a solubilidade de solutos apoiares devido à adição de compostos polares (adaptação da referência 15).
A adição de electrólitos a surfactantes iónicos diminui a concentração micelar crítica e
aumenta o número de agregação, ou seja o tamanho da micela. Para concentrações de
surfactante perto da cmc, verifica-se geralmente um aumento da solubilidade como resultado
de um aumento do número de micelas, no entanto, para concentrações bem acima da cmc, é
difícil prever o efeito do electrólito. Esta dificuldade dever-se-á ao facto do efeito na
solubilidade resultante da adição de electrólitos, estar relacionada também com a natureza do
soluto e a sua potencial localização na micela. Os solutos apoiares como os hidrocarbonetos
sofrerão um aumento de solubilidade devido ao aumento do volume do centro da micela. Para
solutos polares, como alguns álcoois, que se localizam entre os grupos hidrofílicos, observa-
se uma diminuição de solubilidade, uma vez que a diminuição das repulsões dos grupos
hidrofílicos provoca a sua aproximação não permitindo assim a incorporação do soluto .
Outro factor que pode afectar a capacidade solubilizante de um surfactante é o pH.
Apesar deste efeito ainda não estar extensivamente documentado, como os factores anteriores,
é de se esperar que os surfactantes mais sensíveis ao pH, como os carboxilatos, sofram
variações significativas de solubilidade com a alteração do pH do meio. Além disso, uma
alteração de pH pode afectar a natureza do próprio soluto originando diferentes interacções
com as micela, incluindo o próprio local de solubilização .
38
1.4 EQUILÍBRIO ÁCIDO/BASE EM SOLUÇÕES MICELARES
Considerações gerais
O aumento da utilização de soluções micelares como solventes em química analítica,43
bem como noutras áreas como por exemplo na catálise micelar,43"45 tem contribuído para o
crescente interesse do conhecimento da influência das micelas nas propriedades ácido/base de
substâncias. Esta influência pode ser significativa e reflecte-se na variação das constantes de
ionização.
A amplitude da variação da constante de acidez depende de duas propriedades do
microambiente da substância na micela: a constante dieléctrica e o potencial de superfície.45"47
A contribuição destas duas propriedades na variação das constantes de acidez tem sido
quantificada com base em modelos electrostáticos e de troca iónica, que permitem prever os
efeitos da concentração do surfactante e da adição de contra-iões na variação das constantes
de acidez43. De seguida serão descritos os dois modelos utilizados neste trabalho, o modelo de
Berezin e o modelo PIE.
Tratamento teórico da acidez em meio micelar
A dissociação de um ácido catiónico, como os utilizados no presente trabalho, em
solução aquosa, pode ser representada pela seguinte equação química
HB+ o H++ B (1.11)
Para a qual se pode definir a constante de acidez pela equação
\H+\\B\ (1.12) K„ =•
\HB+\
Em soluções micelares, a constante de acidez aparente deste mesmo ácido é definida
pela expressão
jau/ri,
39
No entanto, em soluções de surfactantes com concentração superior à concentração
micelar crítica, as espécies B e H B + podem encontrarem-se ligadas às micelas, admitindo-se a
sua distribuição entre a fase aquosa e micelar, obtendo-se assim,
(151, +\B\f)\H+\f K a n . = » , / . . - . f (1-14) app (\HB\b + \HB\f)
em que os índices / e b se referem, respectivamente, às espécies livres e ligadas às
micelas. Quando
\B\b+\B\f=\HB+\h+\HB+\f (1.15)
O valor de pKapp é definido como o valor de pH intermicelar.
pKapp = pH = -loglH+l (1.16)
Nestas e nas expressões seguintes, H+ representa o protão, HB+ e B representam,
respectivamente a forma protonada e a forma neutra da benzodiazepina.
Berezin propôs um dos modelos mais simples para a dissociação de espécies
protonadas (HB+), considerando a distribuição das espécies entre as micelas e o meio
aquoso.45 Esta distribuição é descrita pelo seguinte conjunto de equilíbrio:
HBU >H+f+Bf K= f- f- (1.17)
f f f " \HB+\f
Bfi >Bh Kl = ' Blh d is) / b B \ B \ f C o (1-18)
B.+H.U >HBh+ K , JHB+1»CD (1.19)
b » b aj, \ B \ b \ H + \ b
UB)<—*HBl K;B.= ]HB+lb (1-20) HB \HB+\fCD
' / < >riBh
40
Utilizando as constantes de equilíbrio acima representadas e substituindo na equação
(1.15), é possível derivar a seguinte expressão para a constante de acidez,
K =\H+\f = KahK°CD\ (1.21)
onde CD é a concentração de surfactante acima da cmc (diferença entre a concentração
total de surfactante, Gr, e a concentração micelar crítica, cmc, isto é, CD= C T - cmc), KmHB+ e
Kme são respectivamente as constantes de ligação às micelas das espécies protonadas e das
espécies neutras e Ka é a constante de acidez da espécie protonada em meio aquoso.
O modelo PIE (Pseudophase Ion Exchange), considera a existência de duas fases, a
fase aquosa e a pseudofase micelar, e a troca iónica entre as espécies protonadas e o contra-
ião do surfactante.48
Considerando a pseudofase micelar iónica como uma fase distinta da fase aquosa, é
possível descrever a permuta iónica entre as duas fases por um equilíbrio do tipo:
Xf+Yh^-&-*Xh+Yf (1.22)
O coeficiente de selectividade correspondente, é dado pela seguinte expressão:
Kx/ =Mí- (1.23) x/y XfYb
O facto de as micelas não constituírem uma fase macroscópica contínua pode levar a
que se questione a aplicabilidade da equação (1.23) para meios micelares. No entanto,
verifica-se que o processo de troca iónica em soluções micelares pode efectivamente ser
tratado como se ocorresse entre as pseudofases aquosa e micelar48.
Neste modelo pressupõe-se que KX/Y, O grau de ionização da micela (a) e o valor da
cmc não são afectados pela variação da concentração total de surfactante.
A aplicação do modelo PIE assume ainda que a ligação de uma espécie às micelas
pode ser descrita por uma constante, Kma, cujo valor reflecte as propriedades das micelas no
meio, propriedades essas que são consideradas independentes da composição da solução.
41
Na aplicação do modelo PIE a um ácido fraco do tipo HB+ em solução micelar de um
surfactante aniónico, D~Y+, pode-se considerar que os seguintes equilíbrios, juntamente com
os mencionados para o modelo de Berezin, caracterizam a dissociação e a distribuição das
espécies neutras e protonadas entre as micelas e a solução aquosa,
HB+f+Yhi >HBb+Yf K
\HB+\h\Y\f HB7Y \HB+\f\Y\h
(1.24)
H+f+Yb< >H;+Yf
js-m H+\h\Y\f
"A \H+\f\Y\b
(1.25)
Utilizando as constantes de equilíbrio acima mencionadas e substituindo na equação
(1.15), obtém-se a expressão
(i+g;cD) Kapp~
lH \f=Ka
1 + *àv Yh
(1.26)
em que
Yh=(l-a)CD-{H+\h+\HB+\h) e Yf = CDa + cmc + (í H+ \b + I HB+ lè)t-1 BY l7
(1.27)
(1.28)
Na aplicação do modelo PIE a um ácido fraco do tipo HB+ em solução micelar de um
surfactante catiónico, D+Y", pode-se considerar que os seguintes equilíbrios, juntamente com
os mencionados para o modelo de Berezin, caracterizam a dissociação e a distribuição das
espécies neutras e protonadas entre as micelas e a solução aquosa,
Bf+Yh< >Bh+Yf
OHf+Yh< >OHb+Yf
Km ,=■
\B\b\Y\f
'Y \B\f\Y\h
K OH
_ I OH \b\ Y \f
/Y~\OH\f\Y\b
(1.29)
(1.30)
42
Utilizando as constantes de equilíbrio acima mencionadas e substituindo na equação (1.15), obtém-se a expressão
K =\H+\f=K app
I+K: ÍV / \
v \M a (^K;BXD) (1.31)
em que
Yh=(l-a)CD-(\OH\h+\B\b) e Yf =CDa + cmc + ($OH\h +\B\b)t\BY\
(1.32)
(1.33)
Efeito dos sistemas micelares nas constantes de ionização
Apesar de existirem vários estudos publicados sobre a influência de sistemas micelares
nas propriedades ácido/base de diversas substâncias, estes referem-se a ácidos neutros e não a
ácidos catiónicos como os analisados neste trabalho. Contudo, estes estudos permitem
comparar a variação das constantes de ionização dos ácidos neutros nos diferentes
surfactantes e prever o comportamento esperado para os ácidos catiónicos.
Para ácidos neutros verifica-se que o facto do surfactante utilizado como solvente ter
carga negativa, positiva ou não ter carga, provoca alterações diferentes nos valores das
constantes de acidez. Considerando ApKa= pKapp - pKa, e o equilíbrio HA <-> H+ + A", as
seguintes observações são feitas43:
- Os sistemas micelares aniónicos em alguns ácidos não provocam uma variação
significativa e noutros provoca uma diminuição da ionização (ApKa >0), devido à
repulsão electrostática entre a base conjugada (A") e as micelas, deslocando o
equilíbrio para a esquerda.
- Os sistemas micelares neutros diminuem a ionização devido ao facto de ser a
espécie ácida não dissociada a ligar-se à micela, logo ApKa é positivo.
Os sistemas micelares catiónicos provocam resultados opostos aos dos sistemas
aniónicos, apresentando um aumento da ionização, provavelmente devido à forte
43
atracção electrostática entre a carga negativa da base conjugada e o grupo
catiónico da micela, que desloca o equilíbrio para a direita. Portanto a ionização
aumenta quando KA>KHA-
Estas observações permitem extrapolar o comportamento dos ácidos catiónicos em
meio micelar:
- Em sistemas micelares aniónicos, devido à atracção electrostática entre o ácido e o
grupo aniónico das micelas, é de esperar que o equilíbrio (1.11) seja deslocado
para a esquerda, provocando uma diminuição da ionização, ou seja o aumenta dos
valores de pKapp.
- Nos sistemas micelares neutros, se considerarmos que é a espécie sem carga (B) a
responsável pela associação às micelas, tal como sucedia com os ácido neutros,
então o equilíbrio (1.11) será deslocado para a direita, aumentando a ionização
(ApKa<0).
- Os sistemas micelares catiónicos por norma provocam resultados opostos aos dos
sistemas micelares aniónicos, apresentando então neste caso um aumento da
ionização, provavelmente devido à repulsão entre o ácido catiónico e as micelas
catiónicas.
44
1.5 MÉTODOS ESPECTROFOTOMÉTRICOS PARA DETERMINAÇÃO DE CONSTANTES DE EQUILÍBRIO
Considerações gerais
A determinação de constantes de equilíbrio em solução é uma área da química que tem
sido largamente estudada dado o seu interesse não só sob um ponto de vista meramente
químico, isto é, do conhecimento da possível interacção de substâncias em solução e do seu
comportamento como ácidos, bases ou complexos moleculares, mas também pelo interesse
que estas constantes podem ter na resolução de problemas de outras áreas da Ciência como
por exemplo a biologia e a farmacologia.
A determinação experimental de constantes de equilíbrio só pode ser efectuada a partir
de uma determinada propriedade mensurável que possa ser relacionada com as concentrações
em solução de alguma ou de algumas espécies do sistema em estudo.
Os métodos experimentais utilizados para obter constantes de equilíbrio podem ser
divididos em dois grandes grupos:
i) métodos em que a propriedade medida é proporcional à concentração de uma
determinada espécie (todos os métodos espectroscópicos);
ii) métodos em que a propriedade medida é proporcional à actividade das
moléculas de uma determinada espécie (maioria dos métodos electroquímicos
e de distribuição).
De salientar, no entanto, que quando as determinações experimentais são efectuadas
mantendo a composição do meio constante (na prática, mantendo a força iónica constante
com o recurso à utilização de um electrólito inerte), esta divisão deixa de ter significado e as
constantes de equilíbrio passam a ser constantes estequiométricas, embora neste caso seja
necessário definir de forma explícita as condições experimentais utilizadas.
De seguida aborda-se a espectrofotometria de ultravioleta/visível, o método utilizado
neste trabalho, que é aliás, uma das técnicas mais utilizadas na determinação de constantes de
equilíbrio devido ao facto da instrumentação utilizada ser corrente na maioria dos laboratórios
e também por fornecer valores que geralmente são muito precisos, conjuntamente com
alguma informação estrutural sobre as espécies em solução.
45
Aquisição de dados
A determinação de constantes de equilíbrio a partir de resultados espectrofotométricos
é realizada com base na lei de Lambert-Beer (A= 8 bc), que mostra que, para uma dada
substância e a um dado comprimento de onda, a absorvância (A) é directamente proporcional
à concentração (c) da espécie absorvente, para a mesma espessura (b). Trata-se duma lei
fundamental para todos os tipos de absorção electromagnética, aplicando-se não só a soluções
mas também a gases e a sólidos49.
O termo e chama-se absortividade molar, quando a concentração se exprime em moles
por litro, ou somente absortividade, dando-se o símbolo a quando se usam outras unidades
para a concentração. Note-se que a absortividade é directamente proporcional à área de
captura associada a uma dada partícula, pelo que depende assim, do tipo de substância e da
energia do feixe incidente, ou seja, do seu comprimento de onda.
A lei de Beer é aditiva, isto é, pode aplicar-se a uma solução contendo mais do que
uma espécie absorvente, desde que não haja interacção entre elas. Assim, para um sistema de
vários componentes temos
A = At + A2 +...+ An = EibCi + e2bC2 +...+ enbCn (1.34)
onde os índices se referem às espécies absorventes 1,2, ...,n.
A qualidade dos dados espectrofotométricos obtidos está directamente relacionada
com o cuidado com que se fazem as determinações experimentais. É importante ter presente
as características fundamentais do espectrofotómetro utilizado e garantir que as medições de
absorvância sejam efectuadas na zona de máxima precisão do instrumento9. Um parâmetro a
ter em consideração é a temperatura, devendo usar-se células termostatizadas na determinação
de constantes de equilíbrio, pois estas variam com a temperatura (ÀG = -RTlnK).
A base para a obtenção de constantes de acidez por espectrofotometria de
ultravioleta/visível é a determinação directa da razão entre moléculas não dissociadas e
moléculas dissociadas numa série de soluções com solvente não absorvente a pH ajustado50.
Na prática mede-se a absorvância de uma série de soluções a vários comprimentos de
onda, contra uma solução de referência (branco). Deve ser então obtido o espectro das
espécies não dissociadas, numa solução a pH fixo, de modo que toda a substância a analisar se
encontre nessa forma. O espectro é depois comparado com outro obtido só com moléculas
46
dissociadas, a um outro valor fixo de pH . Deve ser escolhido o comprimento de onda ou a
zona de comprimentos de onda para qual a diferença existente entre as absortividades molares
nestas espécies seja maior. Quando não há uma variação significativa, deve usar-se vários
comprimentos de onda interpolados em intervalos iguais51.
Utilizando várias soluções com valores de pH intermédios, pode-se calcular a razão
entre as duas espécies, uma vez que ela depende unicamente do pH da solução que é medida
espectrofotometricamente. Se for assumido que ambas as espécies se encontram dentro dos
requisitos da lei de Lambert-Beer, a absorvância (A) no comprimento de onda analítico será
devida à soma das absorvâncias das espécies moleculares (AM) e das espécies ionizadas (Ai),
istoe
Aobs. = AM + Ai (1.35)
Embora possa ser apenas necessário usar determinadas zonas espectrais para a
obtenção de constantes de equilíbrio de um determinado sistema em estudo, a obtenção do seu
espectro total pode muitas vezes permitir obter informação sobre o número de componentes
desse mesmo sistema .
Como observado na equação 1.34 a absorvância de cada componente está relacionada
com a sua concentração molar. A concentração das espécies ionizadas na mistura é FiC e das
espécies moleculares é FMC. Assim, a equação 1.35 toma a forma
Aobs = £MFMCb + e^Cb (1.36)
Em que 8M e £i são as absortividades molares das espécies ionizadas e moleculares,
respectivamente, Fi é a fracção ionizada e FMé a fracção da forma molecular.
As fracções ionizada e molecular da espécie absorvente, são dadas pelas expressões
matemáticas seguintes no caso de se tratarem de ácidos
47
Como as células utilizadas nas determinações experimentais têm o mesmo percurso
óptico e 8 = A/C, a equação 1.36 toma a forma
Ka \H+\ £ = £, -—— + elA — (1.39)
'' I H+ I +K„ M\H+\ +K..
Desde que a concentração total seja igual em todas as determinações, é possível
substituir o valor das absortividades molares pelo das absorvâncias. A equação pode ser
rearranjada em duas formas de modo a poder ser aplicada em diferentes situações:
Se Ai é maior que AM
PK. = pH+log±Z± (1-40) A-A, LM
Se AM é maior que Ai
PKa = pH+ log- •- (1.41) AM-A
Após a definição do modelo que poderá descrever o sistema em estudo, os resultados
experimentais serão tratados de modo a permitirem a obtenção de constantes de equilíbrio.
Para o método espectrofotometria de UV/VIS os métodos matemáticos simplificados são
frequentemente usados, no entanto, dada a existência de alguns programas de regressão não
linear para o cálculo de constantes de equilíbrio por espectrofotometria de UV/VIS, estes
resultados experimentais são por vezes apenas utilizados para a obtenção de estimativas das
constantes de equilíbrio e informação sobre o número de componentes do sistema9.
A obtenção de valores de constantes de equilíbrio utilizando resultados
espectrofotométricos depende do conhecimento das absortividades molares das espécies do
sistema em estudo e se não for possível a sua determinação experimental, serão mais um
parâmetro a determinar conjuntamente com as constantes de equilíbrio, o que pode fornecer
valores menos fiáveis para ambos os parâmetros, dada a intercorrelação entre eles51,52. No
entanto, a possibilidade de os obter permite considerar a espectrofotometria como um método
que fornece mais informação sobre a plausibilidade do modelo proposto para o sistema em
estudo.53'54
CAPITULO 2
METODOLOGIA
Neste capítulo descrevem-se as condições experimentais utilizadas neste trabalho, que
consistiu em grande parte na determinação de constantes de acidez. Por esta razão e pelo facto
de uma análise de resultados publicados sobre constantes de equilíbrio realizada pela IUPAC
mostrar que em muitos casos a falta de especificação das condições experimentais utilizadas
na obtenção das constantes não permite tirar conclusões sobre a sua fiabilidade nem tão pouco
reproduzi-las, houve uma especial atenção na descrição das condições experimentais tendo-se
revelado todas as informações específicas exigidas pela IUPAC55 para a publicação de
constantes de equilíbrio (ver apêndice B).
Assim sendo, encontra-se descrito neste capítulo a instrumentação utilizada, os
reagentes, a composição das soluções (indicando claramente a força iónica), a indicação da
temperatura a que as determinações foram realizadas, o método de calibração e ainda os
métodos de cálculo utilizados.
2.1 REAGENTES
49
Todos os reagentes utilizados eram de qualidade pro analysi ou semelhante e não
foram submetidos a qualquer purificação adicional. As soluções foram todas preparadas com
água desionizada (condutividade inferior a 0,1 mScm"1).
As benzodiazepinas estudadas foram o clorodiazepóxido (CLDZ) e o diazepam (DZP).
O CLDZ foi gentilmente cedido pelos laboratórios da indústria farmacêutica Hoffman La
Roche (Basle, Switzerland) e o DZP pelos laboratórios Bial.
Os surfactantes utilizados foram o dodecilsulfato de sódio (SDS), o polietilenoglicol p-
t-octil-fenol (Triton X-100), ambos da marca Sigma e o brometo de hexadeciltrimetilamónio
(CTAB) da marca Aldrich.
O pirogalhol era da marca Merck; o cloreto de sódio da marca Merck; o hidróxido de
sódio da marca Riedel-de Haën e as soluções padrão de ácido clorídrico da marca Merck
(Titrisol, ref. 9973).
50
2.2 SOLUÇÕES
As soluções utilizadas nos ensaios, todas com força iónica ajustada a 0,1 M em NaCl,
foram obtidas por diluição rigorosa de soluções mais concentradas de CLDZ, SDS, Triton X-
100, CTAB e NaCl em água, preparadas por pesagem numa balança analítica (10"5g) da marca
Metier, modelo AT201.
As soluções de clorodiazepóxido e de diazepam foram sempre que possível, mantidas
ao abrigo da luz para minimizar a sua decomposição.
As soluções de cada um dos surfactantes em água (0,05M-0,10M) permaneceram
estáveis durante várias semanas.
Devido à formação de cristais nas soluções de CTAB a temperaturas inferiores a 20°C,
foi necessário submetê-las a um aquecimento até à temperatura de 25°C para posterior
utilização.
As soluções de hidróxido de sódio usadas nas titulações foram sempre preparadas de
modo a serem isentas de carbonato para manter a concentração de iões hidróxido. Para esse
efeito foram sempre preparadas a partir de uma solução saturada de hidróxido de sódio (50 %
m/m), usando água desionizada previamente fervida e arrefecida em atmosfera de árgon. A
solução saturada de hidróxido de sódio foi filtrada antes de adicionada à solução, removendo
assim o precipitado de carbonato de sódio. Para evitar o contacto da solução com o dióxido de
carbono (e a consequente formação de carbonato) fez-se passar continuamente pela solução
uma corrente de árgon. A força iónica foi mantida com NaCl a 0,1 M.
O árgon usado, de qualidade P48, foi conduzido em canalização de aço inoxidável,
directamente da garrafa e purificado antes de ser introduzido na solução de hidróxido de
sódio. A purificação prévia do árgon foi feita pela sua passagem por dois frascos lavadores, o
primeiro contendo uma solução alcalina de pirogalhol (350 g/dm3 de hidróxido de sódio e 30 ■a
g/dm de pirogalhol) para remover o dióxido da carbono, e o segundo contendo água para
humidificar o árgon e evitar o arrastamento do pirogalhol.
51
2.3 INSTRUMENTAÇÃO UTILIZADA
Medições de pH
Todas as medições foram efectuadas sob atmosfera inerte de árgon num vaso de vidro
termostatizado de parede dupla, tendo a temperatura sido mantida constante a 25 ± 0,1 °C por
recirculação de água com um circulador Clifton. A homogeneização das soluções foi realizada
com um agitador magnético da marca Crison, modelo 2038.
Utilizou-se um eléctrodo de vidro sensível ao catião hidrogénio da marca Russel
modelo SWL ref 49935/24 e um eléctrodo de referência de prata /cloreto de prata de dupla
junção da marca Russel modelo 900200, ref. 51898/5 (solução interna: solução Orion saturada
com Ag; solução externa: NaCl 0,1 M)
Os parâmetros de calibração do eléctrodo de vidro foram obtidos por titulação de
soluções ácido forte com base forte, utilizando um sistema de titulação automático cuja
descrição pormenorizada encontra-se na secção seguinte devido à sua importância para os
valores determinados das constantes de acidez.
O ajuste de -log CH+ das várias soluções foi efectuado por adição de quantidades
vestigiais de ácido forte ou base forte às soluções amostra de modo a que a quantidade de
volume adicionado fosse desprezável. As medições de -log CH+ e a calibração do sistema
foram sempre realizadas como se descreve na secção seguinte.
Medições espectrais
Todas as determinações espectrofotométricas de ultravioleta-visível foram efectuadas
a 25 ± 0,1°C utilizando um espectrofotómetro de duplo feixe da marca Unicam, modelo
UV2-100452, equipado com um acessório de controlo de temperatura por circulação de água
termostatizada. A largura da fenda utilizada foi de 2 nm e usaram-se cubas de quartzo com
um percurso óptico de 1 cm .
52
2.4 SISTEMA AUTOMÁTICO DE TITULAÇÃO
Titulação ácido forte/base forte
Para a calibração do eléctrodo de vidro, o método mais vulgar é o uso de soluções
tampão com valores de pH fixados em função da actividade das espécies. Todavia, a eficácia
deste método não é satisfatória para a determinação de constantes de equilíbrio, na medida em
que mesmo que se assuma uma expressão matemática que permita relacionar o pH definido e
a actividade do catião hidrogénio num tampão, será sempre difícil relacioná-los correctamente
com a concentração de catião hidrogénio de uma solução amostra, como a que é utilizada na
determinação de constantes de acidez. A utilização de soluções tampão de concentração com
força iónica ajustada, pode ser uma alternativa mas tem o inconveniente de necessitar de
valores de coeficientes de actividade do catião hidrogénio, o que obrigaria à sua determinação
em cada caso específico.
Assim, neste trabalho optou-se por utilizar uma titulação ácido forte/base forte que
permite a obtenção dos parâmetros de calibração do eléctrodo de vidro na mesma matriz que
as soluções em estudo, evitando os erros provenientes da diferença da composição iónica das
soluções.
Constituição do sistema
O sistema automático de titulação utilizado foi constituído por uma bureta automática
de pistão da marca Crison 2031 e por um decimilivoltímetro Crison 2002, ambos controlados
por um micro-computador ao qual estão ligados através de interfaces RS-232. A seringa de
vidro aplicada à bureta foi da marca Hamilton (êmbolo de 2,5 ml). Todas as medições
realizadas no sistema foram efectuadas sob atmosfera inerte e a temperatura constante como
descrito anteriormente.
O programa de controlo e aquisição de dados deste sistema (elaborado no Laboratório
de Química-Física da Faculdade de Farmácia do Porto) permite o domínio de 14 variáveis
tornando assim possível a utilização do sistema não só em tarefas de rotina mas também na
obtenção de constantes de equilíbrio, podendo o sistema ser utilizado em qualquer titulação
potenciométrica, desde que se utilizem titillantes e eléctrodos adequados.
53
Figura 2.1- Esquema do sistema automático de titulação
Programa de controlo e aquisição de dados
O programa de controlo e aquisição de dados permite a escolha de dois tipos de
titulação (dinâmica ou monotónica) e de outros parâmetros como se ilustra na figura 2.2.
Numa titulação dinâmica a adição de volumes é controlada automaticamente (após a
adição inicial ter sido fixada), sendo essa adição inversamente proporcional ao declive da
curva de titulação. Numa titulação monotónica a primeira adição também é fixada, no entanto
as restantes são sempre constantes (iguais à primeira).
Em todas as titulações é introduzido um tempo de espera constante após a adição de
titulante e antes da leitura do potencial. Cada leitura do potencial só é aceite se a diferença
entre as várias leituras de um dado ponto experimental for inferior ao critério de estabilidade
do eléctrodo (outro parâmetro previamente fixo) e só depois de uma medição ter sido aceite é
que é adicionado uma nova quantidade de titulante.
A medida que ocorre o ensaio experimental, visualiza-se no monitor os parâmetros
previamente fixados e a curva de titulação, o que permite a detecção imediata de qualquer
anomalia (como por exemplo, a presença de carbonato).
O fim da titulação pode ser controlado quer fixando o volume máximo de titulante
quer fixando um determinado valor máximo ou mínimo de potencial admitido.
Quando a titulação termina, os resultados obtidos são automaticamente armazenados e
o tratamento dos resultados experimentais é efectuado com um programa de regressão linear,
escrito em linguagem BASIC, que permite a obtenção dos parâmetros de calibração do
54
sistema pelo método de Gran e pela equação de Nernst. O volume equivalente é determinado
pelo método de Gran e pelo método da segunda derivada.
A qualidade das leituras da diferença de potencial é condicionada pelo tempo de
espera entre uma adição de volume e a leitura da diferença de potencial, e ainda pelo número
de leituras feitas com um critério de estabilidade fixado previamente (foi admitida uma
diferença de 0,1 mV entre as duas leituras). Estes parâmetros minimizam os problemas
relacionados com a estabilidade do eléctrodo e com a homogeneização do meio e permitem
também ajustar as condições ao tipo de eléctrodos utilizados e soluções em estudo.
Neste trabalho tornou-se necessário ajustar os referidos parâmetros, uma vez que se
verificou que eram diferentes em meio micelar relativamente ao meio aquoso. Para permitir a
estabilização do eléctrodo de vidro, nas soluções aquosas a espera após adição foi de 5
segundos e nas soluções de surfactante foi de 15 segundos.
Para o ajuste de pH das várias soluções em estudo utilizaram-se sempre os parâmetros
de calibração do eléctrodo obtidos pelo ramo ácido do método de Gran.
Lista de opções de entrada
1-Volume de amostra (cm3)
2-Conc. de titulante (M)
3-Volume da bureta (cm3)
4-Comutador (S/N)
5-Número de ESI
6-Adições fixas ou variáveis (F/V)
7-Incremento de adições
8-Volume total de titulante
9-Potencial final
10-Número de leituras
11-Critério de estabilidade (mV)
12-Espera após adição (s)
13-Adição inicial (cm )
14-Filtro (%)
Figura 2.2- Lista de opções de entrada do programa de controlo e aquisição de dados
55
2.5 CALIBRAÇÃO DO SISTEMA
Condições experimentais
A calibração do sistema foi sempre efectuada em função da concentração de catião
hidrogénio, por titulação de soluções de ácido forte (IHC1I= 0,001 M ) com base forte (0,01 M
< INaOHI < 0,03 M), tendo sido sempre realizadas duas titulações, uma em água para detectar
possíveis impurezas como a de carbonato e a outra em solução aquosa de surfactante com a
concentração em estudo e a uma força iónica de 0,1M em NaCl, para obter os parâmetros de
calibração do eléctrodo de vidro.
Todas as titulações foram realizadas à temperatura de 25 ± 0,1°C e em atmosfera
inerte de árgon, numa célula do tipo
Ag | AgCl, KCl(sat.) || NaCl (0,1 M ) || NaCl (0,1 M), H+ | Eléctrodo de vidro
Para a qual o potencial é dado pela expressão
E = K, + K2log cH+ + K2log YH+
Em que Ki inclui o potencial normal e o potencial da junção líquida e K2 = 2,303RT/F. R é a
constante dos gases reais, T a temperatura e F a constante de Faraday. Uma vez que a força
iónica é mantida constante, K2log yH+ também é constante pelo que
E = Ki + K2log cH+
Os parâmetros de calibração do eléctrodo de vidro (Kj e K2) foram obtidos pelo
método de Gran e pela linearização da equação de Nernst.
56
Para a obtenção de resultados mais precisos teve-se em consideração alguns aspectos:
A capacidade de um eléctrodo de vidro sensível ao catião hidrogénio detectar
variações de concentração deste ião depende da hidratação da membrana de vidro,
que permite a ocorrência do processo de troca iónica.
Para soluções não aquosas, o equilíbrio de troca iónica entre os iões em solução e
os iões da membrana de vidro pode estabelecer-se lentamente provocando uma
resposta lenta do eléctrodo.
Assim, todas as medições efectuadas em meio micelar foram intercaladas com
lavagens do eléctrodo com água desionizada, para evitar "secar" o eléctrodo por
desidratação e permitir a continuação da detecção por parte deste da variação da
concentração de catião hidrogénio58.
O eléctrodo de vidro sensível ao catião hidrogénio tem a particularidade de não
poder ser utilizado para valores de pH muito ácidos ou muito alcalinos devido ao
aparecimento de interferências, como por exemplo a surgida numa solução de
NaOH a pH 13 em que a concentração de catião hidrogénio é tão pequena que o
eléctrodo também responde ao catião sódio apesar do coeficiente de selectividade 49
para este ser pequeno .
Para evitar um valor elevado de potencial de junção, cujo aparecimento é normal
quando soluções aquosas de referência são colocadas em meios não aquosos, o que
iria originar leituras instáveis e obrigaria a um maior tempo de estabilização,
utilizou-se uma dupla junção contendo NaCl 0,1M, ou seja uma matriz idêntica à
da amostra para minimizar a difusão da solução59.
Todas as soluções utilizadas tinham uma força iónica ajustada a 0,1 M em NaCl,
uma vez que a Interunion Commission on Biothermodynamics sugere que as
determinações de constantes de equilíbrio sejam efectuadas a uma força iónica
constante, porque a maior parte das reacções de equilíbrio com interesse prático,
seja na área de saúde ou noutra, ocorrem sempre na presença de uma determinada
quantidade de electrólito(s) inerte(s).
57
Método de Gran
O método de Gran é muito utilizado na determinação do ponto de equivalência nos
vários tipos de titulações potenciométricas, especialmente no caso de ácidos e bases.
Este método lineariza a curva de titulação e consiste na representação gráfica de duas
funções (2.1) e (2.2), que dependem do potencial medido, em função do volume de titulante
adicionado.
Da representação gráfica resultam duas semi-rectas que se intersectam no eixo das
abcissas no ponto V = Ve, em que Ve significa o volume de titulante no ponto de
equivalência.
Numa titulação ácido forte/base forte, para qualquer valor de volume adicionado antes
do ponto de equivalência, isto é, para a zona ácida, se o potencial for medido directamente
pode ser definida a função,
Fac = (Vo + V) ioEF/2 '303RT = Cb (Ve - V) ioKF/2<303RT (2.1)
em que,
Vo- representa o volume inicial de solução
V- representa o volume adicionado em cada ponto de titulação
Ve- representa o volume equivalente
E- representa a f.e.m em cada ponto
F- representa a constante de Faraday
R- representa a constante do gases perfeitos
T- representa a temperatura
K- representa o potencial normal
A representação gráfica de Fac = f(V) permite determinar o declive da recta B= Cb
10 ' e a ordenada na origem A = -Ve 10 . O volume equivalente pode ser
calculado através da expressão Ve = -A/B e a concentração da base por Cb = Ca Vo/Ve,
independentemente do valor do declive de Nernst e do potencial normal K, sendo Ca a
concentração de ácido forte (titulado).
Depois do ponto de equivalência, na zona alcalina ou básica, a função definida é a seguinte,
58
Fba = (Vo + V) ioEF/2'303RT = (Cb/Kag) (V - Ve) l o ^ 2 ' 3 0 3 ^ (2.2)
em que Ve = -A/B, sendo A a ordenada de origem e B o declive na zona alcalina.
Como B = Cb/Kag io("K1/QF), então pode-se calcular o valor operacional do produto
iónico da água (Kag = Cb 10(K1/QF)/B) assumindo que o valor de Kl na zona alcalina é igual
ao da zona ácida.
Este método tem muitas vantagens. É mais preciso que o método da segunda derivada,
especialmente quando a curva de titulação não é simétrica. As medições efectuadas são mais
rápidas e simples uma vez que não requer volumes de titulante (V) perto do ponto de
equivalência, não existindo tão pouco a necessidade de alcançar esse ponto de forma a ser
obtida uma boa estimativa para o valor de volume equivalente. Assim, pode-se minimizar o
tempo de execução experimental, por utilização de titulações monotónicas em detrimento das
dinâmicas muito morosas. Permite avaliar o comportamento do eléctrodo de vidro utilizado
através dos parâmetros de calibração e da diferença de volumes equivalentes calculados para a
zona ácida e para zona alcalina, controlando-se deste modo a sua «degradação» ao longo do
tempo. Tem ainda a vantagem de permitir detectar a presença de várias impurezas como a de
carbonato nas soluções alcalinas.8'62
Detecção de C032'
A verificação da ausência de carbonato nas soluções de hidróxido de sódio usadas foi
sempre efectuada pela utilização conjunta do método de Gran, método tradicionalmente
usado, e pela representação gráfica da primeira derivada obtida com o programa de controlo
do sistema de titulação.
O recurso aos dois métodos deve-se ao facto de se verificar que o controlo da
percentagem de carbonato nas soluções a analisar usando apenas o método de Gran não
permite verificar a ausência ou presença de carbonato, uma vez que as diferenças de volume
equivalente obtidas pelo método de Gran para a zona ácida e para a zona alcalina podem não
ser provocadas pela presença de carbonato mas sim devidas aos eléctrodos usados.
Gameiro et ai. ~ verificaram que o método da primeira derivada e o método de Gran
conduziam aos mesmos resultados quando a concentração de ácido forte estava compreendida
entre 5,0 x IO"3 M e 1,0 x IO"2 M em HC1; no entanto, quando a concentração de ácido
59
clorídrico era 1,0 x 10" M, como a utilizada neste trabalho, os dois métodos nem sempre
eram concordantes. Observaram ainda que mesmo para soluções de hidróxido preparadas
recentemente, e para as quais o método da primeira derivada mostrava a inexistência de
carbonato, os volumes equivalentes obtidos pelo ramo básico do método de Gran variavam
com o eléctrodo usado.
Assim, quando se pretende detectar a presença de carbonato numa solução alcalina
deve-se recorrer aos dois métodos, uma vez que permite de uma forma mais conclusiva
detectar ou não a sua presença, desde que os ensaios sejam realizados em condições
experimentais adequadas. Para esse efeito é necessário obter experimentalmente muitos
valores de potencial junto ao ponto de equivalência, o que é facilmente alcançado se for
realizada uma titulação com adição de volumes de titulante variáveis. Testar a presença de
carbonato numa solução alcalina a partir de uma titulação com incrementos constantes de
volume de titulante pode não permitir detectar a existência dos dois pontos de inflexão,
característico das soluções carbonatadas, como se irá verificar mais adiante.
O recurso à Ia derivada e não à curva de titulação deve-se ao facto de nesta a
identificação directa do ponto final ser susceptível de grande erro, já que, na zona do ponto de
equivalência a curva é quase rectilínea, e o volume identificado pode, por isso, afastar-se
muito do volume equivalente.
Na Ia derivada da curva de titulação, o ponto de equivalência é o mínimo da curva
(devido ao potencial decrescer com o volume de titulante). A curva apresenta praticamente
uma assimptota vertical passando pelo ponto de equivalência (fig. 2.3.b).
Por seu lado, a 2a derivada da curva de titulação passa no ponto de equivalência de um
valor negativo muito baixo a um valor positivo muito elevado (fig. 2.3.c).
A presença de carbonato traduz-se por dois pontos de inflexão (máximos ou mínimos)
quando se usa o método da Ia e 2a derivadas no cálculo de volume equivalente.
Na figura 2.3 encontra-se representada a curva de titulação (A) e as respectivas Ia
derivada (B) e 2a derivada (C) para uma titulação de 20 ml de HC1 1,0 x IO"3 M com NaOH
isento de carbonato.
Na figura 2.4 são apresentadas, respectivamente as representações gráficas da função
E=f(V) (A), de dE/dV= f(V) (B) e de d2E/dV2=f(V) (C) de uma titulação de 20 ml de HC1
1,0 x 10"3 M com NaOH contendo carbonato.
60
> G W -100
5000-
0 -
-5000•
-10000-
> -15000-
3 "O
IH -20000-
-25000 -
-30000 -
-35000
10000000-
8000000 -
6000000 -
4000000 -
-g 2000000•
0-
-2000000■
-4000000■
-6000000■
-8000000
> •c u
es ri
0.5 1.0 1.5 2.0
Volume de NaOH (ml)
Volume de NaOH (ml)
3.0
B
Volume de NaOH (ml)
Figura 2.3- Representação gráfica de A) E=f(V), B) dE/dV=f(V) e C) d2E/dV2=f(V) de uma titulação de 20 ml de HC11,0 x 10"3M com NaOH isento de carbonato
61
-a
-o
-2000 -
-4000 -
-6000
-8000
-10000
-12000
Volume de NaOH (ml)
7500000 Volume de NaOH (ml)
2000000 - c 1500000-
1000000-d "S 500000 -> u T3 0- \ v
"S 500000 -> u T3 0-
V
-500000 -
-1000000-
-1500000-1 1 1 '
Volume de NaOH (ml)
Figura 2.4- Representação gráfica de A) E=f(V), B) dE/dV=f(V) e C) d2E/dV2=f(V) de uma titulação de 20 ml de HC11,0 x 10"3M com NaOH contendo carbonato
2.6 MÉTODOS DE CÁLCULO UTILIZADOS
62
Nesta secção será feita uma descrição do programa computacional utilizado para a
obtenção das constantes de acidez e o método de cálculo dos erros associados aos valores das
constantes de acidez.
Programa SQUAD
Os resultados obtidos para a determinação de constantes de acidez por
espectrofotometria de ultravioleta/visível foram tratados com o programa SQUAD.64
Este programa, cujas iniciais significam Stability Quotients from Absorvance Data,
está escrito em linguagem FORTRAN IV e foi concebido para procurar simultaneamente ou
individualmente, a partir dos resultados experimentais, o melhor conjunto de constantes de
estabilidade para qualquer espécie formada em solução, desde que a sua formação seja
dependente do pH, podendo ao mesmo tempo calcular as absortividades molares e as
concentrações das espécies em solução.
O SQUAD, pode a partir de resultados experimentais apropriados, calcular constantes
de estabilidade para complexos de fórmula geral MmMeHjLJLq, onde m, e, n, q > 0 e j é
positivo (para protões), negativo (para iões hidróxido) ou nulo. É, portanto, capaz de calcular
constantes de acidez, constantes de hidrólise, constantes de estabilidade de complexos simples
( ML, ML2 ,etc.) e de complexos polinucleares (M2L3, M2L2H, M3L4(OH)2,etc...).
O programa consegue lidar com: a) 50 comprimentos de onda; b) 25 espectros; c) 6
constantes de estabilidade desconhecidas, variadas simultaneamente; d) Um total de 20
constantes de estabilidade; e ) O cálculo de absortividades molares por comprimento de onda
para 10 espécies; f) Um máximo de 2 metais; g) Um máximo de 2 ligandos.
Para o cálculo das constantes de equilíbrio das espécies em solução e das respectivas
absortividades molares é utilizado o método não linear de mínimos quadrados de Gauss-
Newton que minimiza a função U,
NS NW 2
63
em que, NS é o número de soluções em que é medida a absorvância Ai>k, NW é o
número de comprimentos de onda seleccionados e Ai,kcalc é a absorvância teórica obtida
a partir da lei de Beer.
Para dar início ao programa é necessário introduzir os seguintes dados: os
valores de absorvâncias, Ai>k, para cada espectro; as concentrações totais das espécies
reagentes, CM)i, CL,i, CHi e o percurso óptico para cada espectro; as absortividades
molares, £y, conhecidas ou previamente determinadas; os coeficientes estequiométricos
e as constantes de equilíbrio, fy para as j espécies, com a indicação das constantes que
são para refinar.
Na figura 2.5 apresenta-se um esquema geral do ficheiro de entrada deste
programa, que é constituído por diferentes blocos (alguns opcionais) que se iniciam
sempre com uma Keyword e finalizam na maior parte das vezes com End.
Seguidamente irão ser descritos os parâmetros que foram utilizados para a obtenção
das constantes de acidez uma benzodiazepina em meio micelar:
• Secção 1: Dictionary é utilizado para nomear de forma apropriado as
espécies MTL1 (o primeiro metal do complexo), MTL2 (o segundo metal
do complexo), LIG1 (o primeiro ligando do complexo), LIG2 (o segundo
ligando do complexo), PROT (o protão como ligando) e HYDR (o ião
hidróxido como ligando).
• Secção 2: Introduzem-se os coeficientes estequiométricos de cada
complexo; as estimativas iniciais dos valores das constantes; a indicação
que permite saber se as constantes são para refinar (=VB) ou se mantêm
constantes (=FB), e se as absortividades molares são para ser calculadas
(=VE) ou se são introduzidas como dado experimental (=FE).
• Secção 3: Esta secção é opcional e permite que o programa calcule a
absortividade molar de qualquer espécie não complexada. Se for esta a
opção introduz-se o nome da espécie e VE.
• Secção 4: Esta secção contém um total de 10 itens, incluindo DATA, que
permitem indicar, entre outras coisas, os comprimentos de onda inicial, final
e os seus incrementos ; o número de iterações e o refinamento de logS ou de
B.
64
• Secção 7: Nesta secção indicam-se as concentrações totais das espécies em
solução, o pH, o percurso óptico e os valores de absorvâncias a todos
comprimentos de onda.
• Secção 8: Assinala o fim dos espectros que vão ser utilizados para cálculo
da constante. Os resultados experimentais colocados depois de -1.0 não
serão levados em conta no cálculo.
Título
Subtítulo
DICTIONARY:
Secção 1
END:
SPECIES:
Secção 2
END:
OTHER:
Secção 3
END:
DATA:
Secção 4
MOL. ABS.:
Secção 5
END:
BASELINE:
Secção 6
SPECTRA:
Secção 7
-1.0 Secção 8
Figura2.5- Esquema geral do ficheiro de entrada do SQUAD
Como exemplo, apresentam-se na figura 2.6 as primeiras quatro secções do
ficheiro de entrada utilizado neste trabalho para a obtenção da constante de acidez de
uma benzodiazepina (CLDZ).em meio micelar (Triton X-100).
65
Título
Subtítulo
DICTIONARY:
LIGl=cldz; PROT = H:
END:
SPECIES:
Cldz(l)H(l);4.19; VB; VE:
END:
OTHER:
Cldz; VE:
END:
DATA:
300.0 500.0 5.00
LOGB
PRIN
NOCD
MR
NOPL
PAGE
20
1.0
Figura 2.6- Exemplo de um ficheiro de entrada utilizado neste trabalho
Na figura 2.7 encontra-se representado um diagrama simplificado do SQUAD que
mostra as várias etapas do programa, indicando a sua interrelação, seguindo-se uma descrição
breve do modus operandi do SQUAD, não com o objectivo de apresentar a teoria matemática
por detrás de cada subrotina mas sim indicar a sua utilidade para o programa. Uma descrição
mais pormenorizada é fornecida por Leggett et ai.65
66
H Cá < H C/3
PREPRO
Verifica a coerência dos dados
INOUT
Lê os dados e dá início ao refinamento
REFINE
Controla o refinamento de U, pelo mét. de Gauss-Newton
Passo
1
DIFF
Resolve equações do sistema
Passo RESID
Verifica o novo conjunto de B's
ECOEF
etc.
Passo 2
SEARCH
Calcula a variação de P
RESID
Calcula U, C, etc
COGSNR
Resolve o balanço material
ccscc Dá início a cogsnr
SOLVE
Resolve A=ec por RM
NNLS
Resolve A=8 C por MNNMQ
COGSNR
Resolve o balanço material
ccscc Dá início a cogsnr
ECOEF
Resolve A=£C
SOLVE
Resolve A=ec por RM
NNLS
Resolve A=8 C por MNNMQ
COGSNR
Resolve o balanço material
ccscc Dá início a cogsnr
ECOEF
Resolve A=£C
SOLVE
Resolve A=ec por RM
NNLS
Resolve A=8 C por MNNMQ
RM- Regressão múltipla MNNMQ- Método não negativo de mínimos quadrados
Figura 2.7- Diagrama simplificado do SQUAD.
67
A subrotina PREPRO verifica a coerência dos dados introduzidos, e caso existam
erros, surgem mensagens que os identificam.
A subrotina INOUT lê os dados, dá início ao refinamento e controla a saída dos
resultados.
A subrotina REFINE controla a minimização da função U em três passos: DIFF,
SEARCH e RESED.
A subrotina DIFF constrói as equações não lineares com base na resolução de U
efectuada em REFINE e consiste na resolução das equações dos balanços materiais com base
nos valores introduzidos para CM,Í> CL,Í, CH,Í, e bj, fornecendo a concentração das espécies
(efectuada pelas subrotinas CCSCC e COGSNR),seguida pela resolução do conjunto de
equações lineares Ay = [espéciesJijQj bj derivadas da Lei de Beer (efectuada pela subrotina
SOLVE, caso a opção seja o método de regressão múltipla ou pela subrotina NNLS caso a
opção seja o método não negativo de mínimos quadrados).
A subrotina SEARCH resolve as equações de mínimos quadrados e fornece o conjunto
de valores de que as constantes de equilíbrio a determinar devem ser variadas, A(3, de modo
que U seja minimizado.
A subrotina RESID verifica o novo conjunto de constantes de equilíbrio, efectuando a
mesma sequência de passos a partir de ECOEF.
Quando A(3 < 0,01 o processo de minimização é finalizado. A qualidade dos resultados
obtidos pode ser avaliada pelos erros que o programa calcula, CDATA, ^CONST e ASPECT, que são,
respectivamente, o desvio padrão dos dados de absorvância, que mede a qualidade do ajuste
do modelo proposto aos dados experimentais, o desvio padrão associado a cada constante
refinada e o desvio padrão associado a cada espectro.
Erros Os valores médios e os erros associados às constantes de acidez foram determinados
utilizando o método de Adrien Albert e E.P.Serjeant50: o valor médio é calculado encontrando
o antilogaritmo de cada pKapp e aplicando o logaritmo à média destes; para o valor do erro
associado à constante é considerada a diferença máxima entre o pKapp médio e um valor de
pKapp determinado experimentalmente.
CAPITULO 3
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Neste capítulo apresentam-se os resultados obtidos no estudo do comportamento da
benzodiazepina clorodiazepóxido em soluções micelares de SDS, Triton X-100 e CTAB.
A sequência seguida na apresentação dos resultados coincide com a seguida
experimentalmente, isto é, inicia-se pela apresentação dos espectros da benzodiazepina em
solução aquosa e em soluções micelares dos três surfactantes, utilizando concentrações abaixo
e acima da cmc (3.1), segue-se a apresentação dos resultados obtidos no estudo das
propriedades ácido/base em soluções micelares acima da cmc, nomeadamente na
determinação dos valores de pKapp (3.2) e o respectivo tratamento matemático (3.3). Termina-
se com a apresentação do estudo efectuado da solubilidade do CLDZ nos diferentes meios
mencionados (3.4).
69
3.1 ESPECTROS DO CLDZ EM SOLUÇÕES AQUOSAS DE SURFACTANTES NAS FORMAS MONOMÉRICA E MICELAR
A alteração do espectro ultravioleta/visível ocorrida ao passar de um meio aquoso para
um meio micelar está relacionada com a mudança do microambiente da espécie absorvente.
Nessa medida, a espectrofotometria de ultravioleta/visível é uma técnica que pode ser
utilizada para detectar possíveis interacções do clorodiazepóxido em meio micelar, tendo sido
com esse objectivo que se iniciou o trabalho experimental desta dissertação por esta etapa.
Execução experimental
Foram traçados os espectros das soluções de CLDZ (« 5,0 x IO"5 M) em solução
aquosa e em soluções dos surfactantes SDS, Triton X-100 e CTAB. Todas as soluções tinham
força iónica ajustada a 0,1 M em NaCl e pH fixo (pH=3 ou pH=9).
O ajuste de pH das várias soluções em estudo foi efectuado por adição de quantidades
vestigiais de ácido forte ou base forte às soluções amostra de modo a que a quantidade de
volume adicionado fosse desprezável.
Os parâmetros de calibração do eléctrodo de vidro, necessários para o ajuste de pH,
foram obtidos por titulação de ácido forte/base forte. A calibração do sistema de titulação, foi
realizada como descrito no capítulo 2. O procedimento seguido para as determinações
espectrofotométricas de ultravioleta/visível encontra-se igualmente descrito no capítulo da
metodologia.
Utilizaram-se concentrações de SDS (4,0 x IO"4, 8,0 x IO"4, 4,0 x 10"3, 1,0 x 10"2M),
Triton X-100 (5,0 x 10"5, 1,0 x IO"4, 7,0 x 10"3, 1,0 x 10"2M) e CTAB (4,0 x IO"4, 7,0 x IO"4,
4,0 x 10"3, 7,0 x 10"3 M) acima e abaixo da concentração micelar crítica (cmc).
Os valores das cmc dos três surfactantes foram retirados da bibliografia e encontram-
-se apresentados na tabela 3.1.1.
70
Tabela 3.1.1- Valores das concentrações micelares críticas para os surfactantes sintéticos utilizados neste trabalho
Concentração micelar Surfactante Referência
crítica (mol dm )
SDS 1,4 x IO"3 Ï4
Triton X-100 2,0 x IO"4 14
CTAB 0,9 x IO"3 16
Zona espectral abrangida
Ao escolher-se um solvente deve ter-se em consideração a sua transparência na zona
de comprimentos de onda em estudo. Nessa medida foi feito um estudo prévio do
comportamento espectrofotométrico dos três surfactantes a analisar, com o objectivo de
seleccionar a zona espectral onde não há absorção de radiação, de modo a não interferir com o
espectro do CLDZ.
Como se pode verificar na figura 3.1.1, os três surfactantes apresentam espectros
diferentes o que implicou que a zona espectral escolhida para o estudo espectrofotométrico do
clorodiazepóxido variasse consoante o surfactante em estudo.
Assim, as absorvâncias foram registadas de 1 em 1 nm, nos seguintes intervalos de
comprimentos de onda: em SDS de 200 a 500 nm, em Triton X-100 de 300 a 500 nm e em
CTAB de 225 a 500 nm.
Resultados Obtidos e sua Discussão
Como já foi referido no prefácio, o trabalho experimental desta dissertação surge
como seguimento do trabalho realizado durante o seminário de licenciatura, no qual foi
efectuado o estudo espectral do CLDZ em SDS. No entanto, apesar destes resultados já se
encontrarem publicados, optou-se por apresentar os espectros, devido ao interesse em
comparar estes resultados com os obtidos com os restantes sufactantes.
71
250 300
o S >
3
500
350 400 A. (nm)
450 500
500
Figura 3.1.1- Espectros dos surfactantes sintéticos SDS, Triton X-100 e CTAB 0,01M .
72
A) CLDZ em SDS
Os espectros do clorodiazepóxido no meio micelar aniónico SDS, obtidos a pH
controlado, encontram-se representados nas figuras 3.1.2 e 3.1.3.
1.8
200
0M 0.01M
4 x 1 0 ^
250 300 350
X(nm) 400 450 500
Figura 3.1.2- Espectro do CLDZ em água (preto), em SDS acima da cmc (vermelho) e em SDS abaixo da cmc, (verde) a pH = 3.
200 250 300 350
A.(nm) 400 450 500
Figura 3.1.3- Espectro do CLDZ em água (preto), em SDS acima da cmc (vermelho) e em SDS abaixo da cmc (verde), a pH = 9.
73
Verificou-se que o CLDZ em soluções de SDS de concentração superior à cmc
apresenta uma absorvância semelhante à da solução aquosa. Contudo, em soluções de SDS de
concentração inferior à cmc a absorvância devida ao CLDZ diminui significativamente o que
é devido provavelmente ao aparecimento de uma nova espécie clorodiazepóxido-monómero
de SDS.
De forma a estudar qual a interacção possível, obteve-se os espectros do CLDZ em
soluções de SDS de concentração inferior à cmc e de pH ajustado a dois valores distintos
designadamente pH=3 e pH=9, correspondendo à existência em solução de clorodiazepóxido
respectivamente na forma protonada e na forma neutra.
Nestes estudos observou-se que para soluções de SDS com concentração inferior à
cmc a pH=3, existe uma diminuição significativa das absorvâncias relativamente às obtidas
em solução aquosa, enquanto que para soluções alcalinas apenas se observa uma ligeira
diminuição. Em relação às soluções de SDS com concentração superior à cmc, as
absorvâncias são semelhantes às obtidas em solução aquosa com o mesmo pH.
Assim, conclui-se que existe uma interacção que ocorre entre a forma protonada do
CLDZ e os monómeros de SDS.
B) CLDZ em Triton X-100
Os espectros obtidos a pH controlado do clorodiazepóxido no meio micelar neutro
Triton X-100, encontram-se representados nas figuras 3.1.4 e 3.1.5.
Analisando os espectros verifica-se que quer a pH ácido quer a pH básico, a
absortividade molar das soluções de CLDZ em Triton X-100 é sempre superior à da solução
aquosa de CLDZ. De salientar ainda, que devido à gama limitada de comprimentos de onda
com que é possível obter espectros com este surfactante, há apenas um comprimento de onda
máximo (308 nm) a registar para a espécie protonada do CLDZ (HCLDZ+) e o valor da
respectiva absortividade molar é 9,5 x 10" mol" dm cm" .
74
o
1 _32
o S3 3
10000-
8000-
6000-
4000-
2000-
300 500 X (nm)
Figura 3.1.4- Espectro do CLDZ em água (verde), em Triton X-100 abaixo da cmc (vermelho) e em Triton X-100 acima da cmc (preto), a pH = 3.
10000-
8 8000
1 ta
o
6000
4000
2000-
0-
300 500
Figura 3.1.5- Espectro do CLDZ em água (verde), em Triton X-100 abaixo da cmc (vermelho) e em Triton X-100 acima da cmc (preto), a pH = 9.
75
C) CLDZ em CTAB
Foram obtidos os espectros a pH ácido e a pH básico do CLDZ em CTAB a
concentrações abaixo (4,0 x IO"4, 7,0 x 10"4M) e acima (4,0 x IO"3, 7,0 x IO"3 M) da cmc. Os
resultados podem ser observados nas figuras 3.1.6 e 3.1.7, respectivamente.
250
7x10 M 4x10"3M 7x1 O^M -4x10^ 0M
300 — I — 350 400
— I — 450 500
).(mn)
Figura 3.1.6- Espectro de CLDZ em solução aquosa e em soluções de CTAB abaixo e acima da cmc, a pH=3.
Verifica-se que para soluções ácidas o valor da absortividade molar do CLDZ aumenta
com o aumento da quantidade de CTAB e que o comprimento de onda de absortividade molar
máxima é deslocado ao passar da solução aquosa para as soluções de CTAB abaixo e acima
da cmc. Os valores de comprimento de onda máximo e absortividade molar da forma
protonada de CLDZ em função da concentração de CTAB, encontram-se registados na tabela
3.1.2.
76
Tabela 3.1.2- Comprimentos de onda máximo (A,max) e absortividades molares (s) da espécie protonada do clorodiazepóxido (HCLDZ
+) em CTAB
Concentração
de CTAB (M) l ° U « ( n m ) s (xlO
4M Vm *) 2
o Àmax(nm) S Í X I C M W1
)
0
4,0 x 10
7,0 x 10
4,0 x 10
7,0 x 10
-4
-4
-3
-3
242 2,8 306 0,8 245 2,9 307 0,8 245 2,9 307 0,8 245 3,2 308 0,9 245 3,3 308 0,9
30000 -
— I — 250
— I — 300
■7x10"3M
4x10"3M
7 x 1 0 ^
-4x10""M 0M
350 — I — 400 450
X (nm) 500
Figura 3.1.7- Espectro de CLDZ em solução aquosa e em soluções de CTAB abaixo e acima da cmc, a pH=9.
Nas soluções alcalinas a absortividade molar de CLDZ em água é semelhante às de
CLDZ em CTAB abaixo da cmc, aumentando contudo com o aumento da concentração de
CTAB acima da cmc.
Comparando os espectros a pH=9, verifica-se ainda um desvio batocrómico do
comprimento de onda de absortividade molar máxima com o aumento da quantidade de
CTAB em solução (resultados registados na tabela 3.1.3).
77
Tabela 3.1.3- Comprimento de onda máximo (A,max) e absortividade molar (s) da espécie neutra do clorodiazepóxido (CLDZ) em CTAB Concentração de CTAB (M) ^max(nm) s (x lO^MW 1 )
0 260 2/7
4,0 x IO"4 262 2,7
7,0 x IO'4 262 2,7
4,0 x IO"3 265 2,8
7,0 x IO"3 265 2,9
Conclusões
O estudo por espectrofotometria de ultravioleta-visível do comportamento do CLDZ
em soluções aquosas de SDS, Triton X-100 e CTAB, revelou que a benzodiazepina interactua
com os três surfactantes, interacção que se processa no entanto de forma distinta.
Analisando os resultados obtidos abaixo da cmc, verifica-se que no meio micelar
aniónico SDS, o facto dos espectros obtidos abaixo da cmc a pH ácido exibirem uma
diminuição significativa das absorvâncias relativamente às obtidas nas restantes soluções
indica que existe uma interacção entre o CLDZ e os monómeros de SDS e ainda que essa
interacção ocorre preferencialmente com a forma protonada da benzodiazepina (HCLDZ+).
Relativamente aos restantes surfactantes, os espectros obtidos a pH ácido no caso do
CTAB e os espectros obtidos a pH básico no caso do Triton X-100 mostram que poderá haver
alguma interacção entre os monómeros destes surfactantes e o CLDZ.
Acima da cmc, observa-se um desvio batocrómico do comprimento de onda de
absortividade molar máxima nos espectros obtidos em CTAB, que poderá significar uma
interacção entre o CLDZ e as micelas deste surfactante.
78
3 . 2 C O N S T A N T E S D E A C I D E Z E A B S O R T I V I D A D E S M O L A R E S D O
CLORODIAZEPÓXIDO EM SISTEMAS MICELARES
A composição das diversas membranas biológicas é muito variável e como tal a
biodisponibilidade de um fármaco depende de vários factores, como por exemplo do seu pKa.
Assim sendo, o conhecimento prévio deste factor e o modo como ele pode influenciar as
propriedades físico-químicas de uma benzodiazepina é essencial na determinação da sua
eficácia.
O objectivo deste estudo é verificar a influência de soluções micelares aniónicas
(SDS), neutras (Triton X-100) e catiónicas (CTAB) nas propriedades ácido-base do
clorodiazepóxido, para obter informação sobre a sua localização nesses meios.
Execução experimental
Para a determinação dos valores das constantes de acidez e das absortividades
molares, foram traçados os espectros do clorodiazepóxido (~ 5,0 x IO"5 M) em soluções
aquosas de NaCl 0,1 M na presença dos três surfactantes sintéticos, a diferentes
concentrações, utilizando-se várias soluções para cada uma das concentrações com valores de
pH distintos.
Os parâmetros de calibração do eléctrodo de vidro, necessários para o ajuste de pH,
foram obtidos por titulação de ácido forte/base forte. A calibração do sistema de titulação, foi
realizada como descrito no capítulo 2. O ajuste de pH das várias soluções em estudo foi
efectuado tal como no estudo anterior.
As determinações espectrofotométricas de ultravioleta/ visível foram efectuadas como
descrito no capítulo 2. As absorvâncias foram registadas de 1 em 1 nm e num intervalo de
comprimentos de onda que variou conforme o surfactante em estudo (ver secção 3.1).
O cálculo das absortividades molares e das constantes de acidez do clorodiazepóxido
em SDS (1,5 x IO"3, 2,0 x IO"3, 3,0 x IO"3, 4,0 x 10"3, 1,0 x IO"2, 2,0 x IO"2, 3,0 x IO"2,
5,0 x IO"2 M), em Triton X-100 (1,0 x 10"3, 4,0 x 10"3, 7,0 x 10"3, 1,0 x IO"2, 2,0 x IO"2,
3,0 x IO"2, 4,0 x 10"2, 5,0 x IO"2, 6,0 x IO"2 M) e em CTAB (1,0 x 10"3, 4,0 x 10"3, 7,0 x 10"3,
79
1,0 x IO"2, 2,0 x IO"2, 3,0 x IO"2, 4,0 x IO"2, 5,0 x 10"2M) foi efectuado computacionalmente
por intermédio do programa SQUAD.
Os valores obtidos para as constantes de acidez tiveram em conta pelo menos 2
ensaios independentes com mais de seis soluções com concentrações de catião hidrogénio
diferentes. Os valores médios e os erros associados às constantes de acidez foram
determinados utilizando o método de Adrien Albert e E. P. Serjeant, como descrito no
capítulo 2.
Resultados obtidos e sua Discussão
A) Surfactante aniónico (SDS)
De seguida apresentam-se os resultados obtidos com o SDS, apesar de já se
encontrarem publicados, devido ao interesse em compara-los com os obtidos com os restantes
sufactantes.
Para a determinação dos valores das constantes de acidez foram obtidos os espectros
do CLDZ em SDS na concentração em estudo, utilizando várias soluções com valores de pH
distintos. O tipo de espectro de ultravioleta-visível que se obtém para o clorodiazepóxido em
SDS quando se varia -logltTl encontra-se representado na figura 3.2.1.
500
X(nm)
Figura 3.2.1- Espectro de várias soluções de CLDZ em SDS 3 x IO"3 M a diferente pH.
80
A lei de Lambert-Beer foi verificada para as condições experimentais utilizadas.
Verificou-se a ocorrência de uma relação linear entre as absorvâncias a dois comprimentos de
onda diferentes para toda a gama de comprimentos de onda utilizada. As curvas de titulação
de absorvância em função do pH, para um determinado comprimento de onda, permitiram
verificar a existência de uma inflexão perto do valor obtido para os pKapp do CLDZ em SDS,
como se pode verificar na referência [66].
Os valores das constantes de acidez aparente do CLDZ em SDS calculados pelo
programa SQUAD a partir das medições espectrofotométricas de ultravioleta-visível
encontram-se registados na tabela 3.2.1.
Tabela 3.2.1- Constantes de acidez aparente do CLDZ em SDS; (I = 0,1M; t = 25°C)
Concentração de SDS (mol/dm3)* pKapp
0 4,79 ± 0,03
1,5 X IO"3 5,37 ± 0,08
2,0 X IO"3 5,59 ±0,01
3,0 X IO"3 5,88 ±0,02
4,0 X IO"3 6,01 ±0,01
1,0 X IO"2 6,02 ±0,01
2,0 X IO"2 6,06 ±0,01
5,0 X IO"2 6,14 ±0,03
* Neste trabalho foi obtida a constante relativa ao valor de concentração de SDS 3,0 x 10"- M, tendo-se verificado de novo o da concentração 2,0 x 10"' M.
Analisando a tabela verifica-se que há um aumento dos valores de pKapp para o
clorodiazepóxido em soluções de SDS de concentração superior à cmc, isto é, ocorre uma
diminuição da ionização. Estes resultados indicam portanto que a presença de sistemas
micelares aniónicos como o SDS favorecem a forma protonada do CLDZ (deslocam o
equilíbrio HCLDZ+ O CLDZ + H+ para a esquerda), o que pode advir da existência de uma
interacção entre a forma protonada do CLDZ e o grupo aniónico das micelas de SDS.
Este comportamento é semelhante ao verificado para muitos compostos que
interactuam com micelas de surfactantes aniónicos,67 mas só em certa parte, uma vez que ao
81
analisar a variação das constantes de acidez a diferentes concentrações verifica-se que o
CLDZ tem um comportamento distinto dos ácidos neutros. Esperava-se um aumento das
constantes de acidez com o aumento das concentrações, e assim de facto acontece, mas só até
determinada concentração, ou seja, embora as constantes aumentem todas, os últimos valores
não variam significativamente, como se pode verificar pela figura 3.2.2.
0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05
Concentração de SDS (mol/ dm )
Figura 3.2.2- Representação gráfica da variação de pKapp em função da concentração de SDS
Para além das constantes de acidez aparente, o programa SQUAD pode calcular as
abortividades molares das espécies em solução. Na tabela 3.2.2 apresentam-se os valores dos
comprimentos de onda de absorvância máxima (A,max) e das absortividades molares da espécie
protonada (£BH+) e da espécie neutra (eB) do clorodiazepóxido.
As absortividades molares obtidas para o CLDZ em SDS são da ordem de grandeza
das descritas em literatura para meios aquosos e semelhantes às verificadas em meios
mistos 6,9
82
Tabela 3.2.2- Valores dos comprimento de onda máximo e das absortividades molares do CLDZ em SDS
HCLDZ+ CLDZ
^max (nm) EBH^xlO-Vcm"1) ^max (nm) eB(xlO"4M"W) 245
310
2,7
0,8 260
355
2,5
0,2
B) Surfactante neutro (Triton X-100)
No estudo do comportamento ácido/base do CLDZ em meio micelar neutro, traçaram-
-se os espectros desta benzodiazepina em Triton X-100 numa gama mais limitada de
comprimentos de onda, o que implicou uma atenção especial no ajuste de pH das soluções
utilizadas, de modo a que o espectro apresentasse uma variação significativa com o pH e
permitisse assim ao programa SQUAD calcular os valores das constantes de acidez.
Nas figuras 3.2.3 e 3.2.4 encontram-se representados os espectros obtidos em dois
ensaios independentes realizados para as concentrações de 4 x IO"3 M e 7 x IO"3 M,
respectivamente.
Devido ao intervalo mais restrito de comprimentos de onda só se regista um
comprimento de onda máximo. Assim, para a espécie protonada do CLDZ, tal como acontecia
no surfactante anteriormente estudado, o comprimento de onda em que se verifica um
máximo de absorvância é 310 nm e o valor da respectiva absortividade molar é 0,9 xlO4
mol"'dm3 cm"1.
O valor da absortividade molar calculado pelo programa SQUAD é concordante com o
calculado directamente a partir do espectro (ver secção 3.1).
83
500
Figura 3.2.3- Representação da absorvância em função do comprimento de onda para soluções de CLDZ em Triton X-100 4 x ÍO^M a diferente pH.
500
Figura 3.2.4- Representação da absorvância em função do comprimento de onda para soluções de CLDZ em Triton X-100 7 x 10JM a diferente pH.
84
A lei de Lambert-Beer foi verificada para as condições experimentais utilizadas.
Observou-se a ocorrência de uma relação linear entre as absorvâncias a dois comprimentos de
onda diferentes para toda a gama de comprimentos de onda utilizada, o que indica a existência
de 2 espécies absorventes em solução (a forma protonada e a forma neutra do CLDZ). Na
figura 3.2.5 encontra-se representada uma relação linear obtida para a concentração de
Triton X-100 7 x IO"3 M.
As curvas de titulação de absorvância em função do pH, para um determinado
comprimento de onda, permitiram verificar a existência de uma inflexão perto do valor obtido
para os pKapp do CLDZ em Triton X-100 (figura 3.2.6).
0.20
0.05
0.00 - i — ' — i — > — r 0.46 0.48 0.50 0.52 0.54 0.56 0.58 0.60 0.62
Abs.(310nm)
Figura 3.2.5- Representação gráfica da relação linear obtida entre as absorvâncias do CLDZ em Triton X-100 7 x 10
3M, para os comprimentos de onda 310 e 355 nm.
0.95- ■ ■
0.90- ■
■ 0.85-
u ■
A
§ 0.30-C o <g 0.75-
■
0.70- ■
0.65- ■
1 1 1 ■ ■
pH
Figura 3.2.6- Curvas de titulaçãos obtidas a 310 nm (A) e a 355 nm (B) para a solução de CLDZ em Triton X-100 1 x 10
3M.
85
Na tabela 3.2.3 encontram-se os valores das constantes de acidez aparente do CLDZ
em Triton X-100, calculados pelo SQUAD a partir das determinações espectrofotométricas.
Analisando a tabela verifica-se que há uma diminuição dos valores de pKapp para o
clorodiazepóxido em soluções de Triton X-100 de concentração superior à cmc, ou seja
ocorre um aumento da ionização. Estes resultados indicam portanto que a presença de
sistemas micelares neutros como o Triton X-100 favorecem a forma neutra do CLDZ
(deslocam o equilíbrio HCLDZ+ <-> CLDZ + H+ para a direita), devido ao facto de ser a
espécie dissociada a ligar-se à micela.
Tabela 3.2.3- Constantes de acidez aparente do CLDZ em Triton X-100; (I = 0,1M; t = 25°C)
Concentração deTriton X-100 (M) pKapp
0 4,79 ± 0,03
1,0 x IO"3 4,73 ± 0,02
4,0 x IO"3 4,55 ± 0,02
7,0 x ío-3 4,42 ± 0,02
1,0 x IO"2 4,28 ± 0,02
2,0 x io-2 4,03 + 0,01
3,0 x 10"2 3,84 ±0,01
4,0 x IO"2 3,74 ±0,01
5,0 x IO"2 3,57 ± 0,02
6,0 x IO"2 3,55 ± 0,03
Verifica-se ainda que a diminuição das constantes de acidez com o aumento da
concentração de surfactante ocorre apenas até determinada concentração, ou seja, embora as
constantes diminuam todas, os últimos valores não variam significativamente, como se pode
verificar pela figura 3.2.7.
86
5.0 -y
4.8-11
4.6-
4 .4 -
| 4 . 2 -
Cu
4.0-
3.8-
3 .6-
0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 3
Concentração de Triton x-100 (mol/ dm )
Figura 3.2.7- Representação gráfica da variação de pKapp em função da concentração de Triton X-100.
C) Surfactante catiónico (CTAB)
Para a determinação dos valores das constantes de acidez e das absortividades molares
do clorodiazepóxido em meio micelar catiónico, foram obtidos os espectros do
clorodiazepóxido em CTAB na concentração em estudo, utilizando várias soluções com
valores de pH distintos.
Nas figuras 3.2.8 e 3.2.9 encontram-se representados os espectros de
ultravioleta/visível do clorodiazepóxido em CTAB, obtidos em dois ensaios independentes
realizados para as concentrações de CTAB 0,01 M e 0,04 M respectivamente.
Observando com atenção as duas figuras verifica-se uma maior variabilidade do
espectro das soluções com valor de pH mais próximo do valor da constante de acidez
respectiva.
87
'5 s 3
0.0 -
500
Figura 3.2.8- Representação da absorvância em função do comprimento de onda para soluções de CLDZ em CTAB 0,01 M a diferente pH.
0.0 -
500
Figura 3.2.9- Representação da absorvância em função do comprimento de onda para soluções de CLDZ em CTAB 0,04 M a diferente pH.
88
Os valores das constantes de acidez aparente do CLDZ em CTAB calculados pelo
programa SQUAD a partir das determinações espectrofotométricas de ultravioleta/visível
encontram-se registados na tabela 3.2.4
Tabela 3.2.4- Constantes de acidez aparente do CLDZ em CTAB; (I = 0,1M; t = 25°C)
o de CTAB (mol/dm3) pKapp
0 4,79 ± 0,03
1,0 x IO"3 4,57 ±0,01
4,0 x io-3 4,28 ± 0,02
7,0 x IO'3 4,06 ±0,01
1,0 x IO'2 3,95 ±0,01
2,0 x IO"2 3,75 ± 0,03
3,0 x IO"2 3,71 ±0,01
4,0 x IO"2 3,55 ±0,01
5,0 x IO"2 3,54 ± 0,02
Analisando a tabela verifica-se que há uma diminuição dos valores de pKapp para o
clorodiazepóxido em soluções de CTAB de concentração superior à cmc, ou seja ocorre um
aumento da ionização. Estes resultados indicam portanto que a presença de sistemas micelares
catiónicos como o CTAB favorecem a forma neutra do CLDZ (deslocam o equilíbrio
HCLDZ+ <-> CLDZ + H+ para a direita), devido à repulsão electrostática entre o grupo
catiónico da micela e a forma protonada da benzodiazepina.
Este comportamento é semelhante ao verificado em micelas neutras embora de uma
forma mais acentuada, isto é, comparando os valores das constantes de acidez aparente do
CLDZ nos dois surfactantes à mesma concentração, verifica-se que o pKapp em CTAB é
sempre menor.
Verifica-se ainda que tal como já tinha sido observado para o Triton X-100 a
diminuição das constantes de acidez com o aumento da concentração de surfactante ocorre
apenas até determinada concentração, ou seja embora as constantes diminuam todas, os
últimos valores não variam significativamente, como se pode verificar pela figura 3.2.10.
89
0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05
Concentração de CTAB (mol/dm )
Figura 3.2.10- Representação gráfica da variação de pKappem função da concentração de CTAB.
A lei de Lambert-Beer foi verificada para as condições experimentais utilizadas,
verificando-se, tal como nos surfactante anteriores, a ocorrência de uma relação linear entre as
absorvâncias a dois comprimentos de onda diferentes para toda a gama de comprimentos de
onda utilizada. Na figura 3.2.11 encontra-se representada uma relação linear obtida para a
concentração de CTAB 0,04 M.
Leo
's 1.40 <
1.30-
-> r 0.32 0.34 0.36 0.38 0.40 0.42
Abs. (310 nm)
Figura 3.2.11- Representação gráfica da relação linear obtida entre as absorvâncias do CLDZ em CTAB 0,04 M, para os comprimentos de onda 245 e 310 nm.
90
As curvas de titulação de absorvância em função do pH, para um determinado
comprimento de onda, permitiram verificar a existência de uma inflexão perto do valor obtido
para os pKapp do clorodiazepóxido em CTAB (figura 3.2.12), embora as curvas obtidas para
comprimentos de onda afastados do comprimento de onda máximo do clorodiazepóxido
mostrem uma menor inflexão.
c3 O a > o c/3
<
1 -
T -
9- ;Dz
4~ +—- -4r—*djfc; -+-+—
--+ —h_ -+
0 _ $ *—*- * *"* *" -*- -* - -X
T 3
i 4 7
Legenda
—■--245 nm —•- -260 nm
A. 270 nm —T--230 nm
♦ 290 nm —+--310 nm
355 nm — * - -380 nm
-log cH.
Figura 3.2.12- Representação gráfica de A>=f (-log cH+) do clorodiazepóxido em CTAB
4 x IO'3 M, para vários comprimentos de onda, mostrando uma inflexão perto do valor obtido
para o pKapp.
Para além das constantes de acidez aparente, o programa SQUAD determinou as
absortividades molares das espécies em solução. Nas tabelas 3.2.5 e 3.2.6, apresentam-se os
valores dos comprimentos de onda de absorvância máxima (kmax) e das absortividades
molares da espécie protonada (£BH+) e da espécie neutra (8B) do clorodiazepóxido,
respectivamente.
91
Verificou-se que os valores das absortividades molares calculados pelo programa
SQUAD eram concordantes, a menos do erro experimental, com os valores determinados
directamente a partir dos espectros (ver secção 3.1).
Tabela 3.2.5- Comprimentos de onda máximo (A,max) e absortividades molares (e) da espécie protonada do dorodiazepóxido (HCLDZ+) em CTAB, determinados com o programa SQUAD Concentração de CTAB (M) 1° A,max (nm) e(xl( )"4M-J cm"1) 2 o À,max(nm) e(xl( r'M'W1)
1,0 x IO"3 245 3,1 310 0,9 4,0 X IO"3 245 3,2 310 0,9 7,0 x IO"3 245 3,2 310 0,9 3,0 x IO-2 245 3,3 310 0,9 4,0 x IO"2 245 3,4 310 0,9 5,0 X IO"2 245 3,4 310 0,9
Tabela 3.2.6- Comprimento de onda máximo (À,max) e absortividade molar (e) da espécie neutra do clorodiazepóxido (CLDZ) em CTAB, determinados com o programa SQUAD Concentração de CTAB (M) ?w(nm) e ( x l O 4 M W 1 )
1,0 x 10"3 265 2̂ 8
4,0 x 10"3 265 2,8
7,0 X10"3 265 2,9
1,0 X IO"2 262 2,9
4,0 X10"2 265 3,0
Conclusões
Analisando os resultados, verifica-se que a variação do valor da constante de acidez
aparente do clorodiazepóxido em meio micelar está condicionada às características polares do
surfactante.
92
Assim, observa-se um aumento dos valores de pKapp para o CLDZ em soluções de
SDS e uma diminuição dos mesmos valores para soluções de CLDZ em Triton X-100 e em
CTAB.
A dimuição da ionização ocorrida no meio micelar aniónico SDS, indicam que este
meio favorece a forma protonada do CLDZ (deslocam o equilíbrio HCLDZ+ <-» CLDZ + H+
para a esquerda), o que pode advir da existência de uma interacção entre a forma protonada do
CLDZ e o grupo aniónico das micelas de SDS. Este comportamento é aliás semelhante ao
verificado para muitos compostos que interactuam com micelas de surfactantes aniónicos.67
O aumento da ionização ocorrida no meio micelar neutro Triton X-100 e no meio
micelar catiónico, será devido respectivamente à associação da espécie neutra do CLDZ à
micela e à repulsão electrostática entre o grupo catiónico da micela e a forma protonada da
benzodiazepina.
De salientar ainda que a variação dos valores de pKapp é semelhante para os três
surfactantes: +1,3 para o SDS e -1,2 para o Triton X-100 e CTAB. Estes desvios estão de
acordo com os já verificados para outras benzodiazepinas.
93
3.3 TRATAMENTO MATEMÁTICO DAS CONSTANTES DE ACIDEZ DO CLORODIAZEPÓXIDO EM MEIO MICELAR
É do conhecimento geral que estruturas organizadas alteram o equilíbrio e as
propriedades ácido / base de processos químicos.43"45 Nesse sentido foram desenvolvidos
modelos matemáticos para quantificar o efeito dos meios micelares nas constantes de
equilíbrio de várias substâncias.12'45'48'68"75
No presente trabalho a aplicação de dois destes modelos tem como objectivo dar uma
interpretação quantitativa da variação das constantes de acidez aparente do CLDZ em meios
micelares aniónicos, neutros e catiónicos.
Resultados Obtidos e sua Discussão
Foi realizado o tratamento matemático dos valores das constantes de acidez descritas
na secção 3.2, pela aplicação de dois modelos, designadamente o modelo de Berezin45 e o
modelo PIE.48
O modelo de Berezin assume a distribuição das várias substâncias entre a fase micelar
e a aquosa e o modelo de PIE contempla a existência de permuta iónica entre as espécies
iónicas em solução e o contra-ião do surfactante. Segundo este modelo a superfície da micela
funciona como uma resina de troca iónica, onde as espécies iónicas em solução serão
adsorbidas por troca com os contra-iões do surfactante.
De seguida serão apresentados os resultados obtidos para cada um dos surfactantes
analisados, tendo o tratamento matemático sido efectuado com o programa Microcal™
Origin™ versão 5.0 (1991-1997, Microcal Software Inc, Northampton, MA, EUA), utilizando
a sua subrotina de minimização não linear.
A) Surfactante aniónico (SDS)
Aplicou-se inicialmente o modelo de Berezin aos resultados obtidos na determinação
das constantes de acidez aparente do clorodiazepóxido em SDS.
Para verificar se este modelo pode descrever o efeito dum meio organizado nas
propriedades ácido/base, optou-se por utilizar em primeiro lugar a forma linearizada da
94
equação deduzida por Berezin, para obter uma estimativa do valor das constantes de ligação
do CLDZ às micelas. Os valores obtidos foram posteriormente utilizados como parâmetros da
minimização não linear da referida equação (eq. 1.21), que possibilitou a determinação do
valor final das constantes de ligação.
A equação deduzida por Berezin, pode portanto ser rescrita como:
i _ "PP
K.. C-^-Í; (3-D BH* CD °H K„
onde CD é a concentração de surfactante acima da cmc (a diferença entre a concentração total
de surfactante, Gr, e a concentração micelar crítica, cmc), KmHB+ e KmB são as constantes de
ligação às micelas das espécies protonadas e das espécies neutras, respectivamente, e Ka é a
constante de acidez da espécie protonada em meio aquoso.
Representando graficamente ( 1-Kapp/Ka)/CD em função de Kapp/Ka, obtém-se uma
relação linear cujo declive e ordenada de origem correspondem aos valores das constantes de
ligação da forma protonada e da forma neutra do CLDZ à micela respectivamente.
Na representação gráfica da equação 3.1, obtida utilizando os valores das constantes
de acidez do clorodiazepóxido em SDS, os valores obtidos para as constantes de ligação e
erros associados da forma neutra e da forma protonada da benzodiazepina foram,
respectivamente, 517 ± 97,8 e 1,23 xlO4 ±1,14 xlO3.
Na figura 3.3.1 encontra-se a representação gráfica de Kapp em função de CD, dos
valores tabelados na secção 3.2 (tabela 3.2.1) e o ajuste aos pontos experimentais, obtido a
partir do modelo matemático de minimização não linear da equação de Berezin. Os valores
calculados desta forma para as constantes de ligação encontram-se na tabela 3.3.1.
Na aplicação do modelo de PIE (equação 1.26) utilizou-se para o grau de ionização
das micelas aniónicas de SDS o valor a = 0,7548, e para a cmc do SDS o valor 1,4 x 10"3M14.
O tratamento matemático foi igualmente realizado com o programa Microcal Origin
versão 5.0 e os resultados e erros associados obtidos pela aplicação do modelo PIE
encontram-se registados na tabela 3.3.1.
95
0.0000025
0.0000020
i4 0.0000015
0.0000010-
0.0000005 0.00 0.01
1 ■ r 0.02 0.03
T ' r 0.04 0.05
Figura 3.3.1- Representação gráfica de Kapp = f(CD) para o sistema CLDZ em SDS e o melhor ajuste obtido com o modelo de Berezin.
W
0.0000045 -
0.0000040 -1
0.0000035 -
0.0000030 -
ã0.0000025 -ca
0.0000020 -
0.0000015- \
0.0000010- ■ \ j _ ■ 0.0000005 -
■
1 1 1 ' 1 ' 1 ' 1 ■ 1 0.00 0.01 0.02 0.03
c. 0.04 0.05
Figura 3.3.2- Representação gráfica de Kapp = f(CD) para o sistema CLDZ em SDS e o melhor ajuste obtido com o modelo de PIE.
96
Analisando a tabela 3.3.1 verifica-se que o valor obtido para a quantidade de Na+
permutado (W) com as outras espécies de carga positiva em solução é negativo, o que implica
a invalidade da suposição da existência de troca iónica entre as espécies catiónicas em
solução, como por exemplo a forma protonada do CLDZ, e o contra-ião do SDS.
De facto, apesar de em termos matemáticos o modelo de PIE permitir um bom ajuste
aos pontos experimentais, em termos químicos o valor obtido para a soma das concentrações
de H+ e HB+ ligadas às micelas, não tem significado.
Assim, o modelo que melhor fornece uma interpretação quantitativa da variação das
constantes de acidez aparente do CLDZ num meio micelar aniónico, é o modelo de Berezin.
B) Surfactante neutro (Triton X-100)
Para quantificar o efeito do meio micelar neutro Triton X-100 nas constantes de acidez
aparente de CLDZ foi apenas aplicado o modelo de Berezin, uma vez que a ausência de carga
das micelas de Triton X-100 impossibilita a ocorrência de permuta iónica, tornando o modelo
de PIE à partida inválido.
Aplicando a equação 3.1 aos valores tabelados na secção 3.2 (tabela 3.2.3), foi
possível obter uma estimativa dos parâmetros da equação de Berezin. Os valores das
constantes de ligação e erros associados da forma neutra e da forma protonada da
benzodiazepina calculados desta forma foram, respectivamente, 192 ± 9,43 e - 6,24 ± 0,978.
Na figura 3.3.3 encontra-se a representação gráfica de Kapp em função de CD, para o
sistema CLDZ em Triton X-100 e o ajuste obtido com o modelo matemático de minimização
não linear da equação de Berezin. Os valores determinados das constantes de ligação e erros
associados da forma neutra e da forma protonada da benzodiazepina foram respectivamente
241,13 ± 28,77 e - 2,57 ±1,89.
Em termos químicos os valores obtidos para as constantes de ligação da forma
protonada e neutra do CLDZ, significam que a interacção do CLDZ com as micelas de Triton
X-100 é preferencialmente realizada pela forma neutra da benzodiazepina, podendo desta
forma o valor da constante de ligação da forma protonada do CLDZ ser considerado
aproximadamente nulo, ou seja desprezável.
Assim, com este pressuposto é possível simplificar a equação de Berezin, que toma a forma:
97
K,,
K app =l + Km
BCD (3.2)
O valor da constante de ligação da forma neutra do CLDZ as micelas de Triton X-100
e o respectivo erro associado calculados a partir da equação 3.2 encontram-se registados na
tabela 3.3.1.
Os resultados obtidos no tratamento matemático das constantes de acidez aparente do
CLDZ em Triton X-100, indicam portanto, que a variação observada dos valores de pKapp é
devido apenas à partição da forma neutra do clorodiazepóxido entre a fase micelar e o meio
aquoso.
0.00030 -
0.00025
0.00020 -
Î-0.00015-i4
0.00010-
0.00005
0.00000 -
Figura 3.3.3- Representação gráfica de Kapp = f(CD) para o sistema CLDZ em Triton X-100 e o melhor ajuste obtido pelo modelo de Berezin.
C) Surfactante catiónico (CTAB)
Iniciou-se o tratamento matemático das constantes de acidez aparente do CLDZ em
CTAB pela aplicação do modelo de Berezin.
98
Aplicando a equação 3.1 aos valores tabelados na secção 3.2 (tabela 3.2.4), foi
possível obter uma estimativa dos parâmetros da equação de Berezin. Os valores das
constantes de ligação e erros associados da forma neutra e da forma protonada da
benzodiazepina calculados desta forma foram, respectivamente, 818 ± 53,9 e 26,7 ±4,58.
Na figura 3.3.4 encontra-se a representação gráfica de Kapp em função de CD, para o
sistema CLDZ em CTAB e o melhor ajuste aos pontos experimentais do modelo de Berezin.
Os valores das constantes de ligação e erros associados da forma neutra e da forma
protonada da benzodiazepina determinados por um modelo matemático de minimização não
linear da equação de Berezin encontram-se registados na tabela 3.3.1.
0.00030 -
0.00025 - ^ - ^
0.00020- yS m
a, /
^"0.00015- /
0.00010- /
0.00005 - ¥
0.00000 -I 1 1 1 1 1 1 1 1 1 , 1 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05
Figura 3.3.4- Representação gráfica de Kapp = f (CD) para o sistema CLDZ em CTAB e o melhor ajuste obtido pelo modelo de Berezin.
Na aplicação do modelo de PIE (equação 1.31) utilizou-se para o grau de ionização
das micelas catiónicas de CTAB o valor a = 0,7524, e para a cmc do CTAB o valor
9,0 x 10"4M16.
Na figura 3.3.5 encontra-se representado Kapp em função de CD e o melhor ajuste do
modelo de PIE. Os resultados obtidos encontram-se resumidos na tabela 3.3.1.
CS T5
i -
a a in O
3 '-3 X! O
< H U
<u o o
>< fi o 11
H c/T Q GO aj
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JS
N Q U o « I H
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CS fi O
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41 fi TJ 41
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41 « ■ ^
Cl a es es IS t/j C
41
O O U es
■ 4> i—i T3 !■<■} en
41 rn + J
CS fi es 41
CS
H C O a
+
w WH CH 4)
O
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+
k " 5
N 4> U 41
4) T3 O
+
k°5
4> ■M fi C3
■ii
a
3
X O CN
+1
X
CN
m +1 O
ON
en ON +1 00 r-<N
X
CN
+1 o
00 CN
en o i—i
+1 ON un un
CO
Q CO
b x
en +1
X en
en
>n +1 O *ki-CN
O
un +! oo vq
NO
oo" +1 00 r-CN
o o
c o
un o" +1 t - ; en es
NO
+1 ON NO
< u
QH CL a j
M o O S-H
> > - O
CQ CQ 5 + + . C
- D EC + g u u
^ £
100
0.00030 -
0.00025 -
0.00020 -
O.
^"0.00015-
0.00010-
0.00005 -
0.00000 -I 1 1 1 . 1 1 1 . 1 . 1 1 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05
Figura 3.3.5- Representação gráfica de Kapp = f(CD) para o sistema CLDZ em CTAB e o melhor ajuste obtido pelo modelo de PIE.
Ambos os modelos ajustam-se bem aos pontos experimentais (ver figuras 3.3.4 e
3.3.5) e os valores obtidos para as diferentes constantes não permitem concluir qual deles
representa com mais rigor o que se passa com o CLDZ no meio micelar CTAB.
O valor muito baixo obtido para W, que neste caso representa a soma das
concentrações de OH" e B ligadas à micela, é explicado pelo facto das micelas de CTAB se
ligarem mais fortemente aos seus contra-iões que a OH" ou B, tornando válida a suposição
que a concentração de OH" e de B na superfície micelar á aproximadamente nula.24
Conclusões
O tratamento matemático efectuado às constantes de acidez aparente de CLDZ em
diferentes meios micelares, permitiu verificar que a variação dos valores das constantes com a
concentração de surfactante depende da classe do surfactante utilizado (aniónico, neutro ou
catiónico).
101
Assim, quer no meio micelar aniónico (SDS) quer no meio micelar neutro (Triton X-
100), o modelo que melhor fornece uma interpretação quantitativa da variação das constantes
de acidez aparente do CLDZ é o modelo de Berezin, que assume a partição das espécie entre
as fases aquosa e micelar.
De salientar que no caso do surfactante SDS obteve-se um melhor ajuste aos pontos
experimentais com modelo de permuta iónica (PIE). No entanto, a determinação das
constantes de ligação, não se deve limitar à resolução de um problema matemático, devendo
os valores obtidos serem analisados sob um ponto de vista químico. Deve-se portanto evitar
escolher o modelo que fornece os melhores parâmetros - até porque a introdução de mais
parâmetros pode levar a uma melhor convergência - mas sim, escolher o modelo cujos
parâmetros tenham significado químico e que fornece valores que por análise das
propriedades químicas da substância permitem concluir, neste caso, que é o modelo que
melhor descreve o que se passa com o CLDZ em meio micelar.
Comparando a magnitude dos valores das constantes de ligação da forma protonada e
neutra do clorodiazepóxido, é possível inferir que a associação da benzodiazepina às micelas
aniónicas de SDS é efectuada preferencialmente pela forma protonada do CLDZ (HCLDZ+),
enquanto que em Triton X-100 esta associação é apenas devida à forma neutra (CLDZ).
A interpretação dos resultados obtidos em CTAB é dificultada pelo facto dos dois
modelos matemáticos obterem bons ajustes aos pontos experimentais, como se pode verificar
pelos gráficos Kapp=f(Co). Para uma melhor interpretação dos valores determinados será
necessário efectuar outros estudos, que permitam afirmar qual dos modelos expressa com
mais rigor o efeito de um meio micelar catiónico nas propriedades ácido/base do CLDZ.
102
3.4 SOLUBILIDADE DO CLDZ EM SOLUÇÕES AQUOSAS E MICELARES
Numa tentativa de entender a relação propriedades químicas/actividade farmacológica
de uma droga, têm sido deduzidas várias equações matemáticas que incluem parâmetros que
traduzem as propriedades físico-químicas dessas drogas.
Os parâmetros de solubilidade medem a interacção entre as drogas e as regiões
hidrofóbicas de macromoléculas e permitem interpretar, por um lado, o transporte das drogas
desde a sua administração até ao local de acção, por outro, a possibilidade de existirem
interacções entre as drogas e as regiões hidrofóbicas dos meios onde se encontram.
Execução Experimental
Os ensaios realizados para a determinação da solubilidade, foram efectuados
dispersando um excesso de CLDZ em 25 ml de solução aquosa e em soluções dos
surfactantes SDS (4,0 x IO'4, 8,0 x IO"4, 4,0 x IO"3, 1,0 x 10"2M), Triton X-100 (1,0 x 10"3,
4,0 x 10"3, 7,0 x 10"3, 1,0 x 10"2M) e CTAB (4,0 x 10"3, 7,0 x 10"3, 1,0 x 10"2 M). Todas as
soluções tinham força iónica ajustada a 0,1 M em NaCl e pH fixo (pH = 3 ou pH = 9).
Para assegurar a dissolução do CLDZ, mantiveram-se todas as soluções em
observação durante 48h, à temperatura de 25°C. Durante este período de tempo o valor de pH
foi controlado, pela adição de quantidades vestigiais de ácido clorídrico concentrado até
pH = 3 nas soluções acidificadas e de quantidades vestigiais de hidróxido de sódio
concentrado até pH = 9 nas soluções alcalinas.
Obtiveram-se soluções saturadas límpidas por filtração, utilizando filtros de marca
Macherey- Nagel referência 72900, de 25 mm, com 0,45 um de poro. Estas soluções foram
posteriormente diluídas de forma apropriada no solvente contendo a mesma concentração de
surfactante em estudo e força iónica ajustada com NaCl 0,1M.
103
O ajuste final de -loglH+l das soluções amostra e das soluções padrão com
concentração conhecida de clorodiazepóxido para a construção da recta de calibração foi
efectuado como mencionado atrás por adição de quantidades vestigiais de ácido forte ou base
forte, utilizando os parâmetros de calibração do eléctrodo de vidro obtidos pelo método de
Gran a partir de uma titulação de ácido forte/base forte. A calibração do sistema de titulação
utilizado foi efectuada como descrito no capítulo 2.
A concentração máxima de CLDZ dissolvido nas soluções saturadas em estudo
(solubilidade) foi determinada por espectrofotometria de ultravioleta/visível, ao comprimento
de onda de absorvância máxima. As determinações espectrofotométricas foram efectuadas
como descrito no capítulo 2.
Foi realizada uma recta de calibração em cada dia em que se determinaram
concentrações de clorodiazepóxido.
O efeito da solubilização da forma protonada e da forma não protonada do CLDZ em
soluções micelares foi avaliado pela representação gráfica da equação 1.8 ou da equação 1.10
descritas na secção 1.3 do capítulo 1. A partir da relação linear obtida foi possível determinar
as constantes de ligação do CLDZ às micelas.
Resultados Obtidos e sua Discussão
O aumento de solubilidade de compostos em meios micelares é normalmente atribuído
à distribuição de espécies não iónicas na pseudofase micelar e ao aparente aumento da
ionização destes compostos. Com o objectivo de diferenciar as duas contribuições foram
determinadas as solubilidades do CLDZ em solução aquosa e em soluções micelares a pH
ácido e a pH básico.
Os valores da solubilidade do clorodiazepóxido obtidos a pH=3 e a pH=9, permitiram
calcular a constante de ligação da forma protonada (KHB+) e da forma desprotonada (KB) do
CLDZ às micelas, respectivamente.
104
A) CLDZ em água
Para a aplicação da equação matemática que permite obter as constantes de ligação é
necessário utilizar o valor da solubilidade do clorodiazepóxido em meio aquoso (Sw), que foi
necessariamente obtido ao mesmo valor de pH.
Na tabela 3.4.1 encontram-se os valores obtidos no estudo da solubilidade do CLDZ
em meio aquoso a pH=3 e a pH=9.
Tabela 3.4.1- Solubilidade do CLDZ em meio aquoso a pH=3 e a pH= 9, a 25°C.
pH Solubilidade de CLDZ em água (M)
3 1,14 x IO"3
9 3,16 x IO"4
B) CLDZ em SDS
Os resultados obtidos no estudo da solubilidade do clorodiazepóxido no meio micelar
aniónico SDS encontram-se na tabela 3.4.2. Como se pode verificar, este estudo foi apenas
efectuado a pH=9, uma vez que a pH ácido ocorria a formação de um precipitado branco,
devido à interacção detectada aquando do estudo espectrofotométrico do CLDZ em SDS (ver
secção 3.1).
Tabela 3.4.2- Efeito do sistema micelar SDS na solubilidade do CLDZ, a 25°C
Concentração de SDS (M) Solubilidade de CLDZ a pH=9 (M) 4,0 x IO"4 3,21 x IO"4
8,0 x IO"4 4,76 x IO"4
4,0 x IO"3 9,68 x IO"4
1,0 x IO"2 2,04 x 10"3
Na figura 3.4.1 está representado o gráfico dos valores obtidos em função da
concentração de SDS, a partir do qual facilmente se confirma que o valor da solubilidade do
CLDZ em soluções micelares com concentração abaixo da cmc é idêntico ao valor da
solubilidade do CLDZ em água, aumentando depois com o aumento da concentração de SDS.
105
cmc ■
1 1 ; 1 1 1 1 1 1 1 1 1 D00 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010
Concentração de SDS (M)
Figura 3.4.1- Representação gráfica da variação da solubilidade do CLDZ em função da concentração de SDS a pH=9.
De modo a avaliar a interacção entre o CLDZ e as micelas de SDS, efectuou-se o
tratamento matemático, relacionando Sm/Sw com CD, segundo a equação 1.8, em que se obtém
uma relação linear, com a ordenada na origem igual a l e cujo declive é a constante de
ligação.
No estudo da solubilidade do clorodiazepóxido em SDS, a recta obtida por regressão
linear apresenta a equação y = 1,6 + 565x e tem um coeficiente de correlação igual a 0,9988.
O valor da constante de ligação da forma neutra do CLDZ às micelas aniónicas de
SDS determinado a partir do estudo de solubilidade (KB.= 565) é concordante com o obtido
pelo método de Berezin na secção 3.3.
C) CLDZ em Triton X-100
Os resultados obtidos no estudo da solubilidade do clorodiazepóxido no meio micelar
neutro Triton X-100, quer a pH ácido quer a pH básico encontram-se registados na tabela
3.4.3.
0.0022 -Ç 0.0020 -N 0.0018-
Q t-j 0.0016-
•O 0.0014-
S 0.0012-
'£ v^ 0.0010-i° 0.0008 -o* ê 0.0006 -c | 0.0004 -o O 0.0002 -
106
Tabela 3.4.3- Efeito do sistema micelar Triton X-100 na solubilidade do CLDZ, a 25°C
Concentração de
Triton X-100 (M)
Solubilidade de CLDZ a
pH=3 (M)
Solubilidade de CLDZ a
pH=9 (M)
1,0x10"
4,0 x 10"
7,0 x 10"
1,0 x 10":
1,58x10"
1,59x10"
1,61 x 10
1,62x10"
.-3
5,32 x 10"4
7,87 x IO"4
1,05 x 10"3
1,35 x 10"3
Na figura 3.4.2, encontra-se a representação gráfica dos valores obtidos com as
soluções ácidas (espécie protonada) e com as soluções alcalinas (espécie desprotonada) em
função da concentração de Triton X-100.
Como se pode verificar, apesar do CLDZ ser mais solúvel em meios ácidos, a variação
da solubilidade a pH=3 é insignificante, enquanto que para pH alcalino o valor da
solubilidade aumenta visivelmente com a concentração de surfactante.
0.0017 0.0016-
_ 0.0015-&. 0.0014 H ^ 0.0013 H 0.0012 «3 0.0011 H s 0.001 o-Í E •§ 0.0009 g 0.0008-1° 0.0007-2 0.0006-§ 0.0005 o g 0.0004-U 0.0003 -
0.0002 0.000 0.002 0.004 0.006 0.008
Concentração de Triton X-100 (M) 0.010
Figura 3.4.2- Representação gráfica da variação da solubilidade do CLDZ em função da concentração de Triton X-100 a pH=3 (quadrados) e a pH=9 (círculos).
107
Na aplicação da equação 1.8 ao estudo do efeito do sistema micelar Triton X-100 na
solubilidade do CLDZ a pH ácido e a pH alcalino, obtiveram-se relações lineares com as
seguintes equações de recta:
A relação linear obtida para a forma protonada do CLDZ apresenta a equação da
recta y = 1,3 + 4,0 lx e tem um coeficiente de correlação igual a 0,9975.
A forma neutra ou desprotonada do CLDZ apresenta uma relação linear com uma
equação de recta y= 1,4 + 284x e com um coeficiente de correlação igual a 0,9993.
Os valores da constante de ligação da forma protonada (KHB+ = 4,01) e da forma
neutra (KB = 284) do CLDZ às micelas, determinados a partir deste estudo, são concordantes
com os obtidos pelo método de Berezin a partir da variação das constantes de acidez.
D) CLDZ em CTAB
Os resultados obtidos no estudo da solubilidade do clorodiazepóxido no meio micelar
catiónico CTAB, quer a pH ácido quer a pH básico encontram-se registados na tabela 3.4.4.
Tabela 3.4.4- Efeito do sistema micelar CTAB na solubilidade do CLDZ, a 25°C
Solubilidade de CLDZ a Solubilidade de CLDZ a Concentração de CTAB (M)
pH=3(M) pH=9(M)
4,0 x IO-3 1,34 x 10"̂ 3,68 x IO-4
7,0 x 10"3 1,35 x IO"3 7,14 x IO"4
1,0 x IO"2 1,36 x 10"3 1,03 x 10"3
Na figura 3.4.3 encontra-se a representação gráfica dos valores de solubilidade obtidos
com as soluções ácidas (espécie protonada) e com as soluções alcalinas (espécie
desprotonada) em função da concentração de CTAB.
108
—a ^ m ■
Ç 0.0012-n^^
N Q H 0.0010-
-O ^.9
es S 0.0008-
e J*
,8 0.0006-o CS ^ * c y 0.0004-
^ * —m— PH=3
c o U •"-""'^ —•— PH=9 c o U •"-""'^
i ■ 1 i ■ i i ' i 0.000 0.002 0.004 0.006 0.008
Concentração de CTAB (M) 0.010
Figura 3.4.3- Representação gráfica da variação da solubilidade do CLDZ em função da concentração de CTAB a pH=3 (quadrados) e a pH=9 (círculos).
Analisando o gráfico, verifica-se que a solubilidade do CLDZ em meios ácidos é
nitidamente superior em solução micelar do que em solução aquosa. No entanto, o valor da
solubilidade não é influenciado pela quantidade de micelas, uma vez que o aumento de
concentração de surfactante não se traduziu no aumento do valor da concentração máxima de
clorodiazepóxido dissolvido.
Comparando os resultados obtidos a pH ácido com os obtidos a pH alcalino, observa-
se que, à semelhança do ocorrido em meio micelar neutro, apesar do clorodiazepóxido ser
mais solúvel em meios ácidos, é para pH alcalino que o valor da solubilidade aumenta
significativamente com o aumento da concentração de surfactante.
De modo a avaliar a interacção entre a droga e as micelas catiónicas de CTAB,
efectuou-se o tratamento matemático, relacionando Sm/Sw com CD-
A recta obtida por regressão linear para a forma protonada do CLDZ apresenta a
equação da recta y = 1,1 + 2,95x e tem um coeficiente de correlação igual a 0,99999.
A forma neutra ou desprotonada do CLDZ apresenta uma relação linear com uma
equação de recta y= 0,9 + 219x e com um coeficiente de correlação igual a 1.
109
Os valores da constante de ligação da forma protonada e da forma neutra do CLDZ às
micelas determinados a partir deste estudo são portanto, KHB+ = 2,95 e KB = 219,
respectivamente. Estes resultados são concordantes com os obtidos no tratamento matemático
da variação das constantes de acidez aparente, utilizando o modelo de PIE que assume a troca
iónica entre as micelas de CTAB e outras espécies iónicas em solução.
Conclusões
Os resultados obtidos neste estudo da solubilidade do clorodiazepóxido, encontram-se
resumidos na tabela 3.4.5, a partir da qual facilmente se verifica que os valores encontrados
para as constantes de ligação são todos concordantes com os obtidos no estudo das constantes
de acidez.
Tabela 3.4.5- Constantes de ligação da forma protonada (KHB+) e desprotonada (KB) do clorodiazepóxido às micelas determinadas a partir de estudos de solubilidade
Surfactante KHB KB
SDS 565 ± 20
Triton X-100 4,01 ±0,20 284 ± 7
CTAB 2,95 + 0,10 219 ± 1
Assim, o estudo da solubilidade vem corroborar os estudos anteriores e comprovar que
a interacção entre o CLDZ e as micelas ocorre preferencialmente pela forma protonada do
CLDZ no caso do surfactante SDS e pela forma neutra do CLDZ nos meios micelares Triton
X-100 eCTAB.
CAPÍTULO 4
CONSIDERAÇÕES FINAIS
I l l
A avaliação das propriedades ácido/base conjuntamente com a solubilidade do CLDZ
em diferentes meios micelares, permitiu verificar o tipo de interacções (hidrofóbicas ou
electrostáticas) deste fármaco em meios organizados.
Do trabalho realizado há que realçar o facto de que os estudos efectuados interpretados
individualmente apenas mostram a possibilidade de ocorrência de uma interacção, havendo
necessidade de os comparar entre si para se poder afirmar de uma forma conclusiva a natureza
dessa interacção.
A obtenção dos espectros do CLDZ nos diferentes meios a pH controlado, apenas
permitiu verificar a probabilidade de ocorrer uma interacção entre a benzodiazepina e os
surfactantes, e que essa interacção seria de natureza diferente.
Assim, em soluções de SDS abaixo da cmc, o facto dos espectros obtidos a pH ácido
exibirem uma diminuição significativa das absorvâncias relativamente às obtidas nas restantes
soluções indica que existe uma interacção entre o CLDZ e os monómeros de SDS que ocorre
preferencialmente com a forma protonada da benzodiazepina (HCLDZ+). Observou-se ainda a
possibilidade de haver uma interacção com os monómeros de CTAB a pH ácido e com os
monómeros de Triton X-100 a pH básico. Relativamente à possibilidade de uma interacção do
CLDZ com as micelas dos surfactantes (concentrações de surfactante acima da cmc),
observou-se um desvio batocrómico do comprimento de onda de absortividade molar máxima
nos espectros obtidos em CTAB, que comprova essa possibilidade.
Como o CLDZ tem características ácido/base, optou-se por determinar as constantes
de acidez nos diferentes meios micelares, com vista a analisar a variação dos valores obtidos
ao passar de um meio aquoso para um meio micelar.
Nesta análise das propriedades ácido-base do CLDZ em meios micelares, verificou-se
uma variação dos valores das constantes de acidez concordante com o previsto (ver secção
1.4) para ácidos catiónicos, isto é, uma diminuição das características ácidas em meios
aniónicos e uma aumento das características ácidas em meios neutros e catiónicos.
Esta observação significa que meios micelares aniónicos favorecem a forma protonada
do CLDZ (deslocam o equilíbrio para a esquerda), o que pode advir da existências de uma
interacção entre a forma protonada e o grupo aniónico das micelas. Em meios neutros e
catiónicos o aumento da ionização (deslocamento do equilíbrio para a direita) será devida
respectivamente à associação da espécie neutra do CLDZ às micelas e à repulsão
electrostática entre o grupo catiónico das micelas e a forma protonada do CLDZ.
112
De salientar ainda que a variação dos valores das constantes de acidez ao passar de um
meio aquoso para um meio micelar (=1) foi semelhante para os três surfactantes o que está de
acordo com o já verificado para outras benzodiazepinas.67
A análise dos resultados obtidos neste estudo, por aplicação de modelos matemáticos,
permitiu calcular as diferentes constantes de associação entre o CLDZ e as micelas dos
diferentes surfactantes.
Neste tratamento optou-se pela utilização de dois dos modelos mais usados, modelo de
Berezin e o modelo PIE, que assumem respectivamente, como já foi referido, a distribuição
das várias substâncias entre a fase micelar e aquosa e a existência de permuta iónica entre as
espécies iónicas em solução e o contra-ião do surfactante.
De salientar, que encontram-se publicados outros tratamentos matemáticos, todos eles
baseados na formação da pseudofase micelar, como por exemplo o modelo de Fernandez e
Fromherz73. Este modelo assume que a polaridade da interface micelar é idêntica para todos
os surfactantes e o surfactante neutro é usado como "avaliador" dos efeitos da superfície polar
dos surfactantes iónicos nas constantes de acidez. Este tipo de modelo não é aplicável aos
resultados obtidos nesta dissertação, uma vez que o valor determinado das constantes de
acidez nos meios Triton X-100 e CTAB são semelhantes.
Comparando a magnitude dos valores das constantes de ligação da forma protonada e
neutra do clorodiazepóxido, é possível inferir que a associação da benzodiazepina às micelas
aniónicas de SDS é efectuada preferencialmente pela forma protonada do CLDZ (HCLDZ+),
enquanto que em Triton X-100 esta associação é apenas devida à forma neutra (CLDZ).
A interpretação dos resultados obtidos em CTAB é dificultada pelo facto dos dois
modelos matemáticos obterem bons ajustes aos pontos experimentais, como se pode verificar
pelos gráficos Kapp=f(CD). Para uma melhor interpretação dos valores determinados foi
necessário recorrer a outros estudos.
Relativamente ao tratamento matemático realizado, é de salientar que a determinação
de constantes de ligação através destes modelos não se deve limitar à resolução de um
problema matemático, devendo os valores obtidos serem analisados sob um ponto de vista
químico. Deve-se portanto evitar escolher o modelo que fornece os melhores parâmetros
estatísticos, até porque desta forma o modelo escolhido seria invariavelmente o modelo PIE,
uma vez que quanto maior for o número de parâmetros introduzidos mais convergente é o
método, mas sim escolher o modelo cujos parâmetros tenham significado químico e que
forneça valores que por análise das propriedades químicas da substância permitam concluir
que é o modelo que melhor descreve o que se passa com o CLDZ em meio micelar. Desta
113
forma, por vezes é necessário efectuar outros estudos para confirmar qual o modelo mais
fiável, tal como aconteceu no caso do CTAB, em que os dois modelos aplicados eram
considerados válidos, mesmo com o valor muito baixo obtido para a soma das concentrações
de OH" e B ligadas às micelas, uma vez que este valor pode ser considerado aproximadamente
nulo pelo facto das micelas de CTAB se ligarem mais fortemente aos seus contra-iões que a
OH'eB.
O último estudo realizado foi o estudo de solubilidade do CLDZ nos diferentes meios
e teve como objectivo determinar por outro método as constantes de ligação e o tipo de
interacções da benzodiazepina às micelas.
Os resultados obtidos permitiram verificar o aumento da solubilidade do CLDZ em
meios micelares relativamente ao meio aquoso, como esperado e que os valores das
constantes de ligação determinados por este estudo são concordantes, a menos do erro
experimental, com os obtido no estudo das propriedades ácido-base.
Assim, após a análise de todos os estudos efectuados. Verifica-se que:
O fármaco CLDZ- um ácido catiónico- na presença de micelas aniónicas diminui
as sua características ácidas devido à interacção electrostática com a forma
protonada do CLDZ
Em meios micelares neutros a interacção é apenas devida à forma neutra do CLDZ
que se distribui pelas fases aquosa e micelar
Na presença de micelas catiónicas o CLDZ aumenta as suas características ácidas.
Os valores determinados das constantes de acidez aparente do CLDZ em
Triton X-100 e em CTAB são semelhantes, o que indica um tipo de interacção
com o CLDZ também semelhante, neste caso uma interacção preferencialmente
hidrofóbica.
CAPITULO 5
BIBLIOGRAFIA
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APÊNDICES
i
122
APÊNDICE A
PROPRIEDADES FARMACOCINÉTICAS E FORMAS DE
ADMINISTRAÇÃO DO CLDZ E DO DZP
As benzodiazepinas são tranquilizantes típicos que exercem os efeitos ansiolítico,
frenador da agressividade, sedativo e corrector da tensão emocional.
Basta reparar na tabela A.l, para se verificar que a indústria tem sido extremamente activa
na produção de pequenas alterações da estrutura (referida no capítulo 1), conduzindo a uma série
de medicamentos.
Apesar de alguns compostos apresentarem pouco mais do que repetições do fármaco
padrão, existem algumas indicações selectivas fora do campo do tratamento da ansiedade (1),
nomeadamente na insónia (2), na epilepsia (3) e no período que antecede a anestesia geral (4).
TABELA A.l: PRINCIPAIS BENZODIAZEPINAS
1- Usadas sobretudo como tranquilizantes
alprazolam; bromazepam; clobazam; clorazepat o; clorodesmetildiazepam; clorodiazepóxido ;
desmetildiazepam; diazepam; lorazepam; medazepam; oxazepam; prazepam
2- Usadas sobretudo como hipnóticos estazolam; flunitrazepam; flurazepam; lormetazepam; nitrazepam, quazepam; temazepam; triazolam
3- Usadas como antiepilépticos
clonazepam; diazepam; nitrazepam
4- Usadas como pré-anestésicos
diazepam; flunitrazepam; midazolam
123
Tal como acontece para quase todas as séries homólogas, as diferenças entre os diversos
tranquilizantes dizem respeito a rapidez de absorção, a duração de acção, metabolização e
intensidade de efeitos. O clorodiazepóxido e o diazepam são os que mais tempo permanecem no
organismo porque são extensamente metabolizados.
Nas tabelas A.2 e A.3 encontram-se respectivamente as propriedades farmacocinéticas e
as formas de administração e dosagem das duas benzodiazepinas utilizadas neste trabalho
Tabela A.2: Propriedades farmacocinéticas
Diazepam Clorodiazepóxido
Biodisponibilidade oral (%) 100 ±14 100
Excreção urinária (%) — <1
Ligação ao plasma (%) 98,7 + 0,2 96,5 ±1,8
Clearance (ml.min' .Kg' ) 0,38 ±0,06 0,54 ± 0,49
Volume de distribuição (l/Kg) 1,1 ±0,3 0,30 ±0,03
Tempo de semi-vida (h) 43 ±13 10 ±3.4
Concentração efectiva 300-400 ng/ml > 0,7 ug/ml
Tabela A.3: Formas de administração e dosagens
Forma de administração
Dose diária usual (mg)11
Dose máxima diária (mg)
Diazepam CAR; I; L
4-40
(2-20)
2-40
Clorodiazepóxido C;I
15-40 (25-100) 10-100
(25-300)
$ Formas de administração: C = capsula; CAR = capsulas de acção retardada; I = injecção;
L = líquido * O valor das doses diárias é o administrado na totalidade considerando 2 ou 4 porções
por dia. Entre parêntesis é a dosagem para uma única toma diária. Todas as dosagens referidas
são para adultos ou adolescentes. Par a crianças dos 6 aos 12 anos o clorodiazepóxido pode ser
administrado por via oral em doses repartidas entre 10 a 30 mg. O diazepam pode ser
administrado em doses repartidas de 3 a 10 mg a crianças acima de 6 meses de idade.
124
APÊNDICE B
REQUISITOS DA IUPAC PARA A PUBLICAÇÃO DE
CONSTANTES DE EQUILÍBRIO
Uma análise dos resultados publicados sobre constantes de equilíbrio realizada pela
IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) mostrou uma enorme divergência
no modo como estes forem obtidos e posteriormente publicados. Em muitos casos a falta da
especificação das condições experimentais utilizadas não permite tirar conclusões sobre a
fiabilidade dos resultados, o que impede a sua reprodução e utilização em estudos posteriores.
Assim sendo, a IUPAC propôs oito condições que devem ser seguidas para a
determinação de constantes de equilíbrio válidas, de que se salienta a descrição da
instrumentação usada, o método de calibração, a composição das soluções e a indicação da
temperatura a que as determinações foram realizadas.
De seguida apresentam-se os itens considerados importantes pela IUPAC e que deverão
portanto constar em qualquer publicação que contenha resultados de constantes de equilíbrio:55
1. A pureza dos reagentes e solventes, e o procedimento seguido para a sua purificação.
2. A composição das soluções, especialmente a força iónica, e outros factores relevantes,
incluindo a gama de concentrações dos metais e ligandos investigados. Para sistemas
de solventes mistos deve ser definida a composição do solvente.
3. Quando se adequar, a zona de pH utilizada nas medições, o titulante utilizado e o
valor assumido para Kw.
125
4. A instrumentação utilizada no estudo experimental (por exemplo: decimilivoltímetro,
eléctrodos, espectrofotómetro, etc.) e uma descrição explícita do método de
calibração.
5. A temperatura e o intervalo de temperaturas abrangidas.
6. O número de pontos experimentais registados numa titulação e o número de ensaios
independentes efectuados.
7. O programa computacional ou qualquer outro método de cálculo utilizado para obter
os resultados finais a partir dos dados experimentais e a respectiva referência da
literatura.
8. O desvio padrão do resultado final e o método utilizado para estabelecer este
parâmetro.
126
APÊNDICE C
ESTUDO ESPECTROFOTOMÉTRICO DAS PROPRIEDADES
ÁCIDO-BASE DO DIAZEPAM
Efectuou-se o estudo de outra benzodiazepina utilizada como ansíolitico, o diazepam
(DZP), em soluções do surfactante aniónico SDS.
Neste estudo utilizou-se concentrações de surfactante acima e abaixo da cmc, com o
intuito de verificar a existência de uma interacção dos monómeros de SDS e o diazepam,
tendo-se determinado também as constantes de acidez aparente do DZP em SDS.
C l . ESPECTROS DO DZP EM SOLUÇÕES AQUOSAS DE SDS ABAIXO E ACIMA DA
CMC
O estudo foi efectuado por espectrofotometria de ultravioleta-visível, utilizando-se
para o traçado dos espectros soluções de DZP («5x IO"5 M) com força iónica ajustada a 0,1M
em NaCl, na ausência e na presença do surfactante aniónico SDS, a concentrações abaixo e
acima da cmc (ISDSI= 4,0 x IO"4; 8,0 x IO"4; 0,01; 0,05 M).
A execução experimental foi realizada como no estudo anterior com uma única
excepção, a zona espectral abrangida foi neste caso de 210 a 450 nm.
Os resultados obtidos neste estudo encontram-se representados nas figuras c. 1 e c.2.
127
J
30000 -»
25000
20000-
g 15000-
^3 4 10000
5000
450 x.(nm)
Figura Cl - DZP em água (preto), em SDS abaixo da cmc (vermelho) e em SDS acima da cmc (verde), a pH=3.
o 1 5 0 0 0
T3 (0
:> 10000 o <fí < 5000
450 X(nm)
Figura C.2- DZP em água (preto), em SDS abaixo da cmc (vermelho) e em SDS acima da cmc (verde), a pH=9.
128
Analisando os espectros, verifica-se que quer a pH ácido quer a básico a absortividade
molar das soluções em SDS são sempre superiores à da solução de DZP em água (com
I=0,lMemNaCl).
Este estudo revelou ainda que para as soluções a pH ácido se verifica um ligeiro
deslocamento da banda correspondente à transição electrónica de maior energia (tabela C l ) ,
o que indica a possibilidade de haver uma interacção entre as micelas e o DZP, uma vez que o
comprimento de onda de absortividade molar máxima é deslocado com o aumento da
quantidade de SDS em solução.
Tabela C l - Valores dos comprimentos de onda máximo (À,max) de DZP em água e em
SDS, a pH=3
Meio A-max (nm)
H20
SDS
236
240
282
285
357
360
C.2 C O N S T A N T E S D E A C I D E Z A P A R E N T E D O DIAZEPAM E M S O L U Ç Õ E S D E SDS
Para uma melhor interpretação dos resultados obtidos anteriormente, determinaram-se
as constantes de acidez do DZP em SDS. O procedimento experimental é idêntico ao estudo
anterior.
Na tabela C2 encontram-se registados os valores médios das constantes de acidez
aparente do diazepam em dodecilsulfato de sódio 4,0 x IO"4, 8,0 x IO"4, 9,0 x IO"4, 1,0 x 10"3,
2,0 x 10"3, 4,0 x 10"3 e 0,01 M.
Na figura C.3 encontra-se ilustrado a forma como o pKapp do diazepam varia com a
concentração de SDS, verificando-se assim que a constante de acidez não varia
significativamente até SDS 8,0 x IO"4 M, voltando a ser aproximadamente constante para
valores mais elevados de concentração de SDS (a partir de 1,0 x 10"3 M).
129
Tabela C.2- Constantes de acidez aparente do DZP em SDS; ( I = 0,1 M; t = 25°C) Cone. de SDS (mol MmJ) pK app
0
4,0 x 10"'
8,0 x 10
9,0 x 10"'
1,0 x 10"
2,0 x 10*
4,0 x 10
0,01
-4
-3
3,57 ±0,06
3,53 ± 0,02
3,57 ±0,04
3,72 ± 0,03
3,93 ± 0,04
3,96 ± 0,03
3,98 ± 0,04
4,01 ±0,01
"< r 0.000 0.002 0.004
, ! 1 ! , 1-
0.006 0.008 0.010
Concentração de SDS (mol/ dm )
Figura C.3-Representação gráfica da variação do pKapp de DZP com a concentração de
SDS.
O espectro de ultravioleta/visível obtido para o diazepam em SDS encontra-se na
figura C.4, e mostra o tipo de espectro que se obtém para o DZP quando se varia -logl H+l
130
"5 ã o
250
À.(nm) 450
Figura C.4- Representação da absorvância em função do comprimento de onda para soluções de DZP em SDS a diferente pH.
Na tabela C.3 apresentam-se os valores dos comprimentos de onda máximo (Xmax) e
das absortividades molares médias do DZP em SDS obtidos neste trabalho, em que BBH+ é a
absortividade molar da espécie protonada e 6B a absortividade molar da espécie neutra.
Tabela C.3- Valores dos comprimentos de onda máximo (km™) e das absortividades
molares de DZP em SDS
HDZP+ DZP
Xmax (nm) eBH+(xl(r4]vrcnr) -4-K/rl -K Jimax (nm) sB(xlO M* cm" )
240
285
360
2,2
1,1 0,3
230
250(s)
315
3,2
1,5
0,2
131
As absortividades molares do DZP, obtidas neste trabalho são da ordem de grandeza
das descritas na bibliografia para meio mistos água/etanol ou água/ metanol,9 como se pode
verificar na tabela C.4.
Tabela C.4- Valores dos comprimentos de onda máximo (kmax) e das absortividades
molares de DZP em meios mistos
HDZP+ DZP
^max (nm) £BH+(X 10"4M" cm" l) À,max (nm) £B(X lO^M-'cm"1)
241 2,8 231 3,3
286 1,3 253(s) 1,7
360 0,4 310 0,2
C.3 CONCLUSÕES
Os resultados obtidos para as constantes de acidez do diazepam em SDS sugerem que
a concentração micelar crítica do SDS na presença do DZP é diferente da cmc do SDS em
NaCl 0,1 M cujo valor é 1,4 x 10"3 M, uma vez que a constante de acidez do DZP em água,
descrita na bibliografia (pKa=3,57 ± 0,06) é semelhante às constantes de acidez em SDS
obtidas para as concentrações de surfactante mais baixas (4,0 x 10" e 8,0 x 10" M), mas
diferente da obtida para SDS 9,0 x IO"4 M.
Assim, verifica-se que abaixo da cmc o pKapp tem um valor único e idêntico, a menos
do erro experimental, ao pKa da água e acima da cmc o pKapp é também aproximadamente
independente do valor da concentração de SDS e apresenta um valor maior.
Numa primeira análise, estes resultados sugerem a existência de uma interacção entre
a forma protonada do diazepam (HDZP+) e o SDS, que faz diminuir as repulsões
electrostáticas entre os grupos polares do SDS, o que por sua vez provoca a diminuição da
concentração micelar crítica.
O aumento do pKapp dever-se-á à estabilização da forma protonada do DZP, por
formação de um par iónico ou de uma ligação de hidrogénio com o grupo sulfato do SDS.
Este tipo de interacções provoca normalmente um desvio batocrómico do Àmax , e aumento das
absortividades molares, o que se verifica para estes resultados experimentais.
ERRATA
ágina linha onde se lê deve ler-se 8 1 5-fenil-1,4-benzodiazepina-2-ona 5-fenil-1.4-benzodiazepina
19 5 e legenda da
figura n° 1.1 5-fenil-1,4-benzodiazepina-2-ona 5-fenil-1,4-benzodiazepina
39 eq. 1.14 IHBIb + IHBIf !HB+Ib + IHB+If
45 22 AG=-RTlnK AG°=-RTlnK 51 2. 18 25 ±0,1 25,0 ±0,1 55 13 gases reais gases ideais 57 23 A= -Ve l o ^ ' 3 0 3 ^ A- -CbVe l O ^ 3 0 3 ^ 94 16 517 ±97,8 517 ±98 96 18 192 ± 9,43 e-6 ,24 ±0,978 192 ± 9 e - 6,24 ±0,98 98 4 818 ± 53,9 e 26,7 ±4,58 818 ± 54 e 26,7 ±4,6 99 5 278 ±93,9.... I,33xl04±652 278 ±94... . I,33xl04±6,52xl02
99 6 278 ± 8,46 278 ±8 99 7 23,7 ±7,57 ...240 ±51,3 23,7 ±7,6 ...240 ±51
